计算机在3D成型技术中的应用

计算机在3D打印技术中的应用
摘要：近几年3D打印技术发展越来越快，所涉及的领域也越来越广泛，本文以3D打印为何物，3D打印的原理与技术，3D打印的应用及3D打印离我们的距离有多远展开讨论。

关键词：3D打印，成型，应用领域
一引言
随着现代生活水平的逐步提高，人口的急剧增加啊，人们对物质的需求量也越来越大。

如今我们拥有了3D打印技术，可以通过计算机在材料成型中的应用，用3D打印机打印我们我们需要的各种产品。

3D打印技术引用面非常广泛，它可以用于汽车制造业，医疗，国防，建筑业，食品，和制造业等，应用前景非常可观。

二什么是3D打印技术
3D打印机是一种快速成型的机器，用计算机编程，控制打印机，用粉末状金属或者塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式快速构造物体的技术，打印出我们需要的产品。

过去其常在模具制造，工业设计等领域被用于制造模型，现在正逐渐应用于一些产品的直接制造，意味着3D打印技术正在我们生活中的应用越来越广。

三 3D打印技术过程原理
每一层的打印分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊的胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。

然后是喷洒一层均
匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。

这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被打印成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可创造出模型，而剩余粉末还可循环利用。

当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及打印分辨率都有直接影响。

受到喷打印原理的限制，打印势必不会很快，较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有十倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。

由于打印精度高，打印出来的模型品质自然不错。

除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。

四 3D打印技术的优点
与传统技术相比，三维打印技术拥有如下优势：通过摒弃生产线而降低了成本；大幅减少了材料的浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效的设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生出出单个物品。

三维打印技术还有其他重要的优点。

大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与功能无关的剩余产物。

三维打印不是这样的。

在三维打印技术中，原材料只为生产所需要的产品，借用三维打印技术，生产出的零件更加精密。

当材料没有生产限
制后，就能以最优化的方式来实现其他的功能。

因此，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。

五 3D打印技术的应用
医疗行业医学道具，模型，用品等材料可通过3D打印获得。

利用3D技术，可将计算机影像数据信息形成实体结构，用于医学教学和手术模拟。

人体某块骨骼缺失或者损坏需要置换，再打印出相应骨骼。

与传统方法相比，该技术不需要先制作模具，可直接打印，建造速度较快。

这项技术可应用于牙种植，骨骼移植。

德国研究人员利用3D打印机等相关技术，制作出柔韧的人造血管，并能使血管与人体融合，并同时解决了血管免遭人体排斥的问题。

该技术的不断进步和应用的深入将有助于解决当前和今后人造器官短缺所面临的困难。

科学研究科学家通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合研究。

产品模型比如微软的3D模型打印车间，在产品设计出来之后，通过3D打印机打印出来的模型，能够让设计制造部门更好的产品改良，打造出更出色的产品。

汽车制造业不是说你的车是3D打印机打印出来的（当然或许有一天这也有可能），而是说汽车制造行业在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效
率的同时降低成本。

食品产业没错，就是打印的食品。

研究人员已经开始尝试打印巧克力了。

或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用3D答应机打印出来的。

当然，到时候人工制作的食品会贵很多倍。

建筑设计在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速，低成本，环保，同时制作精美。

完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。

六 3D打印技术及产业国际国内发展的现状
经过十多年的探索和发现，3D打印技术有了长足的进步，目前已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。

目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。

目前在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。

如在消费电子业，航空业和制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本，较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。

另外，3D打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业。

如纽约一家创意消费品公司通过在线征集用户的设计方案，以3D打印技术制成实物并通过电子市场销售，每年能够推出60种创新产品，年收入达100万美元。

自20世纪90年代以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。

清华大学在现代成型学理论，分层实体制造，FDM工艺等方面都有一定的科研优势；华中科技
大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已退出了HRP系列成型机和成型材料；西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到0.2mm；中国科技大学自主研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造，光电器件领域得到应用。

但总体而言，国内3D打印技术研发水平与国外相比还有很大的差距。

七 3D打印技术的发展前景和趋势
根据国际快速制造业权威报告发布的调查结果，全球3D打印产值在1988年到2010年间保持着26%2的年均增长速度。

报告预期，3D打印产业未来仍将持续较快的增长，到2016年，包含设备制造和服务在内的产业总值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元。

随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术，控制技术，材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。

未来，3D打印技术的发展将体现出精密化，智能化，通用化以及便捷化等主要趋势。

提升3D打印的速度，效率和精度，开拓并行打印，大件打印，多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量，力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造，开发更为多样的3D打印材料，如智能材料，功能梯度材料，纳米材料，非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D打印机的体积小型化，桌面化，成本更低廉，操作更简单，更加适应分
布化生产，设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求；软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线控制；拓展3D打印技术在生物医学，建筑，车辆，服饰等更多行业领域的创造性应用。

八 3D打印技术可能产生的问题
一项新技术总是同时带来利与弊，3D打印技术亦是如此。

当我们享受3D打印技术带给我们的便利时，也注意到它可能带来的问题。

当该技术所造人体器官的性能与适应性发展到足以替代人体多数组织器官时，是否会出现一些人，他们身体组织器官被各种打印成品所替代，他们会不会招来疑问？有人或许会问：在生物领域，3D打印会不会与克隆面临同样的问题。

三维打印技术带来的变化或许将改变制造业的经济面貌。

许多人认为，这项技术将让商业完全去中心化，逆转伴随着工业化来到城市化进程，人们将不需要工厂，届时，每个村庄都将拥有一个由打印机组成的制造厂，制造所需的物品。

但是，也有人认为，城市的经济和社会利益远远超过吸引工人到装配线上工作的能力。

参考文献
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