基于3D打印技術在工程領域中的運用分析

趙家松 楊發展

摘? ? 要：3D打印技術是未來將要進行一場技術革命，雖然我國的技術在不斷的發展進步，但是就目前我國3D打印技術的發展現狀來看，3D打印技術仍需要不斷的完善，本文主要探討了3D打印技術在工程領域的應用。

關鍵詞：3D打印技術;工程領域;運用

3D打印技術徹底打破了傳統打印技術的定義，并且普遍應用在各個領域。在應用過程中，就使3D打印機的制造與耗材研究供應、軟件計算模擬等方面的技術不斷成熟。

一、3D打印技術在工程領域中的應用現狀

3D打印技術已經廣泛的應用到工程的各個領域中發展較好的主要為組織工程、建筑工程以及醫藥工程。航天工程對于3D打印技術的應用最早是在NASA中實現的，并且成功制造了基于3D打印技術而成像的望遠鏡，為3D打印技術在航天工程上的應用打下了基礎。我國在NASA上有探索3D打印火箭噴射器方面的研究，并且已經取得了較好的成效。同時3D打印技術在航空工程領域也有較大的進展，我國基于3D打印技術研制出了空間在軌3D打印機，為航天員在空間實驗提高了效率，推動了我國航天事業的進步。

3D 打印技術在建筑工程上不僅僅體現在打印房屋建筑零部件材料上，目前已經能夠實現通過相應型號的3D打印機，打印出完整的建筑。而且這項技術在2014年已經實現，實際打印出了1100平方米的別墅與一棟6層的居民樓，并且打印的油墨是由建筑垃圾提供。利用3D打印技術來打印建筑，能夠極大的提高建筑工程的工作效率。

3D打印技術在醫藥工程上的應用，推動了醫學的進步。利用3D打印技術來打印肝臟、脊髓、心臟、頭蓋骨以及手掌等，甚至可以打印血管，而且其在實際手術中起到了良好的效果，已經有很多成功的案例。除此之外，3D打印技術在打印藥物上也取得了良好的效果，避免了藥品在存儲過程中發生變質的問題。

二、3D打印技術在工程領域的應用

（一）在農業機械方面

在以往的農業機械研發過程，包括方案的設計與確定、確定技術，對于復雜件的設計以及農機的試驗和改進等步驟，而3D打印技術的應用能夠顯著的改善農業機械的研發效率。應用3D打印技術可以不用考慮工藝的可行性，同時省去了制造模具的環節。

（二）在機械工程方面

我國已經將金屬零件3D打印技術列入了973計劃、863計劃，在總裝“十五”和“十一五”預研中也對此項目進行研究。王華明教授帶領團隊研發出了同軸送粉激光快速成形技術及其裝備，并且研制出一系列鈦合金結構件。但是隨著研究的推進，3D打印技術的問題也在凸顯出來，作為先進的制造技術，在制造金屬零件上，目前還存在著性價比不高，制成的零件尺寸較小，而且和傳統技術之間差距較大。

（三）在水利工程方面

3D打印技術在水利工程應用上具有很大的優勢，申明亮等人對溢流堰面特殊部位計算表面曲線輪廓，進行3D打印技術實驗，經過實踐的研究表明，水利工程的施工結構相對復雜，施工難度較大，而且花費的時間及成本較大，工程質量難以保證，而3D打印技術在水利工程上的應用，能夠有效的解決上述問題。利用3D打印技術來澆筑水利工程的混凝土構件時，混泥土通過3D打印機的噴嘴疊加二噴出成型，但是打印厚度是關鍵問題。3D打印技術在澆筑時，會嚴格遵從施工圖紙來進行，施工的精準度較高，而且3D打印機技術能夠在一定程度上避免粉塵、噪音、水體污染，符合目前我國對施工綠色環保的要求。應用3D打印技術澆筑混泥土，能夠加大混凝土的抗壓程度。

（四）在醫藥工程方面

3D打印技術已經普遍用在人體器官的模型制作上，也廣泛用于仿生模型制造、個性化植入體制造、生物器官打印、手術導板及假肢設計等生物醫學工程中。在醫學上使用3D打印技術，能夠有效提高醫學診斷效率，而且在體外器官模型制作上，對實際手術有一定的指導意義，能夠提高診斷和手術的水平，達到既省時有省力的目的。3D技術在假肢的制作上，能夠滿足患者的個性化要求，能夠實現量身制作，這樣患者使用假肢的舒適度就會提高。在植入性的器官制作上，3D打印技術的應用，不僅能夠提高精準度，而且能夠實現克隆。經過實踐研究，利用牛耳細胞，通過3D打印機能夠打印出人造耳朵，這項研究可以用于先天耳朵發育畸形的兒童器官的移植。利用3D打印技術還能夠實現與肝組織相似的結構藥物的解毒藥物模型，由此可見，3D打印技術在醫藥工程上具有重要的應用價值，我國的科研人員要加大研發力度，為人們健康謀福祉。

（五）在生物工程方面

3D打印技術在以液態光敏樹脂為打印原料的 SLA 技術是目前研發的最成熟的技術應用，這項技術在實際應用中性能非常穩定，而且精準度極高，制作的產品力學強度高。它使用原料為高分子材料，包括光敏分子修飾的 PPF、聚碳酸酯以及多糖等天然高分子等，目前有研究顯示 SLA 技術制作的多孔支架，其力學性質和人的松質骨相似。

三、結論

3D打印技術在工程領域的應用，在機械制造工程方面，免去了模具制造所需的人力物力，能夠在一定程度上節約工程成本。在工程建設方面，能夠在提高工程質量的同時，加快工程進度。在醫藥工程方面，能夠滿足患者的個性化需求，降低生物器官組織替換的成本資源。3D打印技術正在向人們生產生活的各個領域推進，并對傳統加工制造工業產生一定的影響。

參考文獻：

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作者簡介：趙家松（1993.10-）男，瑤族，廣西桂林，學歷：碩士研究生，研究方向：機械設計制造及其自動化。