最近，“三維(3D)打印”一詞持續(xù)升溫，不斷涌向各大IT門戶網(wǎng)站，歐美國家更有專家認為這項技術代表著制造業(yè)發(fā)展的新趨勢，3D打印機也因 此被評為了2012年的十大發(fā)明之一。但需要指出的是，3D打印技術的歷史，并不比噴墨打印短多少，它誕生于1986年。將數(shù)字化的3D圖形轉(zhuǎn)化成為物理 實物，這一想法最早是由美國人查爾斯.豪爾申請的專利(Charles W. Hull)申請的專利(美國專利4573330)，其原理為立體光刻造型(stereolithography)。

 

　　那么什么是3D打印機呢？

 

　　我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫钠胀ù蛴C可以打印電腦設計的平面物品，而所謂的3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打 印材料是墨水和紙張，而3D打印機內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印 材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說，3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的一種設備，比如打印一個機器人、打印玩具 車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機”是參照了普通打印機的技術原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術稱 為3D立體打印技術。

 

　　3D打印的技術主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工藝，下面我們簡單介紹三種主流技術：

 

　　1、立體光刻造型技術(SLA)：網(wǎng)友們可以想象一下把一根黃瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由軟件把3D的數(shù)字模型，“切”成若干個平面，這就形成 了很多個剖面，在工作的時候，有一個可以舉升的平臺，這個平臺周圍有一個液體槽，槽里面充滿了可以紫外線照射固化的液體，紫外線激光會從底層做起，固化最底層的，然后平臺下移，固化下一層，如此往復，直到最終成型。

 

　　其優(yōu)點是精度高，可以表現(xiàn)準確的表面和平滑的效果，精度可以達到每層厚度0.05毫米到0.15毫米。缺點則為可以使用的材料有限，并且不能多色成型。

 

　　2、熔融沉積成型技術，同樣是需要把3D的模型薄片化，但是成型的原理不一樣。學過高等數(shù)學的朋友都知道積分，熔融沉積成型技術，就是把材料用高溫熔化 成液態(tài)，然后通過噴嘴擠壓出一個個很小的球狀顆粒，這些顆粒在噴出后立即固化，通過這些顆粒在立體空間的排列組合形成實物。

 

　　這種技術成型精度更高、成型實物強度更高、可以彩色成型，但是成型后表面粗糙。

 

　　3、選擇性激光燒結(簡稱SLS)不同材料的粉末為原料

 

　　SLS工藝又稱為選擇性激光燒結，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結下層截面。

 

　　在3D打印技術可以打印器官、汽車、飛機的今天，它還在創(chuàng)造無限的可能。著名的《經(jīng)濟學人》最近描述了3D打印技術的前景是一種新型的生產(chǎn)方式，能夠促成新的工業(yè)革命。其擁有廣闊的市場前景。

 

　　首先3D打印技術可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件。過去傳統(tǒng)的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料 融化灌進去得到這樣的零件，這樣對復雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術對于復雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢，立體打印技術可以打印非常復雜的東 西。

 

　　其次實現(xiàn)了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業(yè)，如軍 工、核電領域。再次由于制造準備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的出產(chǎn)。

 

　　這些速度快、高易用性等優(yōu)勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領域得到了應用。如今3D打印機已經(jīng)在建筑設計、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復雜結構、零配 件、動漫模型等領域都已經(jīng)有了一定程度的應用。尤其在飛機、核電和火電等使用重型機械、高端精密機械的行業(yè)，3D打印技術“打印”的產(chǎn)品是自然無縫連接 的，結構之間的穩(wěn)固性和連接強度要遠遠高于傳統(tǒng)方法。

 

　　事實上，3D打印技術要成為主流的生產(chǎn)制造技術還尚需時日。

 

　　3D打印機目前的實際使用仍屬于快速成型范疇，即為企業(yè)在生產(chǎn)正式的產(chǎn)品前提供產(chǎn)品原型的制造，業(yè)內(nèi)也將這類原型稱作手板。據(jù)統(tǒng)計，3D打印機生產(chǎn)的產(chǎn)品 中80%依舊是產(chǎn)品原型，僅有20%是最終產(chǎn)品。雖然3D打印機技術近年來已取得不小的進步，比如材料增多、打印機和原材料價格逐漸下降，但從目前看，依 舊是一項年輕的技術，在沒有變得更加成熟和廉價前，并不會被企業(yè)大規(guī)模采用。

 

　　3D打印未來

 

　　傳統(tǒng)制造中，越復雜的產(chǎn)品如果需要改動的地方越多，意味著越高的成本。但在數(shù)字化制造中，這一切在改變。制作個性化的產(chǎn)品并不會花費更多額外的成本，讓產(chǎn)品更多樣、復雜和靈活變得簡單，因為只需要改動模型參數(shù)，另一個想要的產(chǎn)品就會出現(xiàn)。

 

　　美國的3D打印技術起步較早，目前這項技術在美國已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，目前全球的兩家3D打印機制造巨頭，分別是Stratasys和3D Systems，均在美國納斯達克上市，希望能把3D打印技術推廣到過去未曾涉足的新領域。其他國家也加緊研究3D打印技術的步伐，并取得了巨大的成果。

 

　　但需要指出的是，3D打印機并非“萬能機”，目前存在的各類問題，包括打印機價格昂貴、可制作原材料少、輸出的產(chǎn)品質(zhì)量低、制作成本高、運用領域仍狹窄等，使3D打印仍處于早期的發(fā)展階段。但業(yè)內(nèi)對其未來發(fā)展卻充滿期待。