3D打印技術探索與應用探索
近年來，3D打印技術在工業產品設計，特別是數字產品模型制造領域的應用正在成為一種潮流和熱門話題。桌面級3D打印設備的逐漸成熟和應用開始推動全球3D打印市場的興起，全球工業分析公司（GlobalIndustry Analysis Inc）的研究報告預測2018年全球3D打印市場將達到29.9億美元。
一、3D打印技術與3D打印機
3D打印技術與3D印刷是兩個完全不同的概念。3D印刷是將圖片分離成不同角度的紅、藍兩張圖片，然后將這兩張圖片按照規定的視差距離套印在一起，并用特殊眼鏡觀看來形成3D視覺效果，或者將圖片經過特殊處理后，直接印刷在特殊的光柵板上，從而呈現3D視覺效果的印刷技術。而3D打印技術是指采用三維噴墨打印技術，通過分層加工與疊加成形相結合的方法，逐層打印增加材料來生成3D實體，達到與激光成型等其他3D模型制造技術相同3D真實物體的數字制造技術。
3D打印機按照所使用技術的不同，其工作原理可分為兩類：
1. 基于三維打印技術的3D打印機
基于三維打印技術的3D打印機先由儲存桶送出一定量的原材料粉末，粉末在加工平臺上被滾筒推成薄薄一層，接著打印頭在需要成形的區域噴出一種特殊的黏合劑。此時，遇到黏合劑的粉末會迅速固化黏結，而沒有遇到黏合劑的粉末則仍保持松散狀態。每噴完一層，加工平臺就會自動下降一點，根據電腦切片的結果不斷循環，直到實物完成。完成之后只要掃除松散的外層粉末便可獲得所需制造的三維實物。
2. 基于熔融沉積制造技術的3D打印機
基于熔融沉積制造技術的3D打印機的工作原理是先在3D打印機的控制軟件中導入由C A D生成的實物數據，經處理生成支撐材料和熱噴頭的運動路徑。然后熱噴頭會在計算機的控制下根據實物的截面輪廓信息在打印平面上進行平面運動，同時熱塑性絲狀材料由供絲機構送至熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態后擠壓出，并噴涂在相應的工作平臺上。噴涂熱塑性材料快速冷卻后在平臺上形成一層厚度約0.1 m m的輪廓薄片，形成了一個3D打印截面。將這個作業過程不斷循環，承載工作臺高度隨之不斷降低，一層層的熔覆3D打印截面形成多層堆疊，最終獲得所需的三維實物。
二、3D打印技術的應用需求
目前3D打印技術支持多種材料，可以廣泛應用在珠寶首飾、鞋類、工業設計、建筑、汽車、航天、牙科、醫療甚至美食等不同領域。根據應用目標的需求，所使用的材料有樹脂、尼龍、石膏、A B S、聚碳酸酯（PC）或食材配料等。3D打印機的快速成型技術使之在市場上獨具優勢，在生產應用上潛力巨大，熱點應用概述如下。
1. 工業應用
“空氣單車”是位于英國布里斯托爾的歐洲航空防務和航天公司采用3D打印機，應用3D打印技術制造出的世界上第一輛打印自行車。這輛自行車使用像鋼鐵和鋁合金一樣結實的尼龍材料，重量比金屬材料要輕65%。更有趣的是，“空氣單車”無論是車輪、鏈條還是軸承都是一次打印出來的，無需原來先制造零件再將零件組裝在一起的總裝流程，打印結束后，自行車就能夠活動自如。自行車的制造過程就像在平面打印中打印不連續的線條一樣簡單，3D打印機能夠打印出空間彼此不相連的物體。
2. 醫學應用
在醫學上，采用3D打印將雙光子聚合物和生物功能材料組合修飾成毛細血管，不僅具有良好的彈性和人體相容性，還能夠用于替換壞死的血管，與人造器官結合，部分取代藥物研發中的實驗動物。2011年10月在德國生物科技展 （Biotechnical Fair）上，用3D打印機打印出來的人造毛細血管吸引了參會者的關注，這些人造毛細血管已經在臨床醫學上應用。
3. 日常生活應用
“3D食物打印機”是美國紐約康奈爾大學研制的食物制造設備。這部“3D食物打印機”采用了類似日常計算機打印機的工作原理，將食材和配料預先放入容器內（墨盒）中，只需輸入所需食譜，通過所配套的C A D軟件就能把美食“印”出來。對不少廚師而言，這種烹飪的新廚具意味著他們可以創作新菜品，制作出更多個性美食，獲得更高的食物附加值。使用“3D食物打印機”制作食物，可以大幅地縮減從原材料到成品的環節，從而避免食物加工、運輸、包裝等環節中的污染與保存等不利影響。由于烹飪的原料和配料必須放置在打印機的容器內，因此食物原料必須是液體或其他可以“打印”的狀態。
4. IT應用
最近，迪士尼的一組研究人員利用3D打印技術在與有機玻璃同樣效果的高透光塑料上，以低廉造價打印出了L C D屏幕與多種傳感器，實現了I T應用中的新突破。利用3D打印光導管可以制造出高科技的國際象棋，這些國際象棋的棋子可以偵測并顯示當前位置。盡管這種單色屏與日常生活中見到豐富多彩的顯示屏相比有些微不足道，但其擁有3D打印技術成本低廉、制造工藝簡單的優勢。除了顯示屏，利用3D打印技術還能夠打印出多種傳感器。這些傳感器可以通過紅外光來偵測觸摸、振動等刺激，并將結果輸出。3D打印技術必將為智慧生活和智慧城市創造出更多的IT應用。
5. 在教學中的應用
3D打印技術是應用3D打印機打印出實物模型。因此，在中國中學的教育中．可應用該技術打印出各種模型．讓學生易于接受對知識的理解。在中學的教育中，大量的應用掛圖、圖片等手段進行教學，這只是平面的工具。如果能把三維模型打印出來，必然加深學生的印象，而且增加了學習的趣味性，增強學生的動手能力。
三、3D打印技術的發展趨勢
近年來3D打印技術持續發展，成本的大幅降低使其已經從研發的小眾空間向主流市場進軍，發展勢頭不可阻擋，已經成為社會廣泛關注、民用市場迅速崛起的新領域。3D打印制作的模型、禮品、紀念品乃至工藝品的應用，極大吸引了社會關注和投入，發展加速，市場開始呈現量與質的雙飛躍。據預測，2020年3D打印成品將占產品生產總量的50%。
2012年12月工信部副部長蘇波公開表示，將推動3D打印產業化，制定路線圖和中長期發展戰略，并加大財稅政策引導力度。據《上海證券報》報道，目前3D打印相關戰略規劃正在研究制定中，有望于兩會后公布。與此同時，地方政府已經先行發力，我國首個3D打印工業園將落戶武漢東湖高新區，目前武漢市發改委等部門針對3D打印產業，正在摸底調查，擬著手編制規劃并予以扶持培育。東莞也將發展3D打印寫入了今年的地方政府工作報告。我國最早研發3D打印技術的華中科技大學快速制造中心主任史玉升預計，未來10年在電腦上完成產品設計藍圖，輕輕一按“打印”鍵，3D打印機就能一點一點打出所設計的模型�，F在一些鑄造企業開始研發選擇性激光燒結3D打印機及其應用，力圖將復雜鑄件的交貨期由3個月縮短到10天。發動機制造商通過3D打印技術，將大型六缸柴油發動機缸蓋砂芯的研制周期，由過去5個月縮短至1周。史玉升表示：“3D打印技術的最大優勢在于能拓展設計人員的想象空間。只要能在計算機上設計成三維圖形的東西，無論是造型各異的服裝、精美的工藝品，還是個性化的車子，只要解決了材料問題，都可以實現3D打印�！�
隨著3D打印技術的不斷突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不斷提高，其技術在不斷優化，應用領域在不斷擴展，特別是在圖形藝術領域的潛力，三維的概念模型能更好地傳達作者的想法或解決方案，一張圖可以勝過幾百甚至上千個文字的描述。專業人士堅信個性化或定制化的3D打印可以將一個所想象的三維模型即時擺在眼前，能夠快速改進產品，增長幅度將超過想象，將會改變社會各種應用的未來。 3D打印技術將淘汰傳統生產線，縮短制作周期，大大減少生產廢料，所需原材料用量將減少到原來的幾分之一。3D打印不僅節約成本，提高制作精度，也將彌補傳統制造的不足，并將在民用市場迅速崛起，從而開啟制造業的新紀元，為印刷工業帶來新的機遇和希望。
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