3D打印技術(shù)：優(yōu)勢(shì)、局限與應(yīng)用現(xiàn)狀

3D打印擁有的生產(chǎn)任意形狀零件的能力，使得過(guò)去由多個(gè)零件裝配才能具備的功能，現(xiàn)在可以集成在單一結(jié)構(gòu)中。同時(shí)，也使得生產(chǎn)那些復(fù)雜而非常規(guī)的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)實(shí)，為工業(yè)零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來(lái)了空間。

一、3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1. 提高材料利用率：相比“減材制造”，3D打印的原材料很少或幾乎沒(méi)有被浪費(fèi)掉，在航空航天、軍工等原材料稀有且昂貴的領(lǐng)域具有可觀的市場(chǎng)價(jià)值。
2. 縮短產(chǎn)品制造時(shí)間并滿足客戶個(gè)性化需求：3D打印又稱“快速成形”，可直接成形產(chǎn)品，省去了一系列的加工工序，提升了生產(chǎn)效率。同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)按需生產(chǎn)，根據(jù)訂單制造出定制產(chǎn)品，滿足客戶個(gè)性化的需求。

二、3D打印技術(shù)的局限性

盡管3D打印技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)展與突破，但現(xiàn)階段也還存在著許多局限性：

1. 材料限制：供3D打印使用的材料目前仍處于萌芽階段，材料的缺乏和一些與材料相關(guān)的研究挑戰(zhàn)仍有待解決。同時(shí)，不同打印設(shè)備之間有限的通用性使得材料的系統(tǒng)性也受到限制。
2. 成本高昂：打造高端打印機(jī)需要投入大量的研發(fā)、測(cè)試資金，這給3D打印的進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來(lái)了困難。許多原材料的成本也十分昂貴。
3. 表面精度問(wèn)題：設(shè)備分辨率、成形方式等都會(huì)影響制件的表面精度。目前，要實(shí)現(xiàn)最佳的表面粗糙度仍需要一定的后處理工藝。

三、3D打印技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

早期，3D打印設(shè)備主要面向工業(yè)產(chǎn)品或其他模型的制造。20世紀(jì)90年代中后期，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提高了3D打印技術(shù)的精度和質(zhì)量。21世紀(jì)，金屬3D打印的逐漸成熟及其在醫(yī)療與航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，突破了3D打印技術(shù)多年來(lái)在高性能產(chǎn)品方面的局限。近年來(lái)，在文創(chuàng)領(lǐng)域的應(yīng)用以及傳媒的推廣，使得3D打印技術(shù)廣為人知。

1. 工業(yè)領(lǐng)域

• 2018年，美國(guó)通用電氣公司GE已經(jīng)通過(guò)3D打印的方法生產(chǎn)了超過(guò)3萬(wàn)個(gè)燃油噴嘴。噴嘴內(nèi)部復(fù)雜而精妙的流道使其很難使用傳統(tǒng)工藝制造。GE使用3D打印將原先需要焊接的20個(gè)零件合一，使噴油嘴在重量上減輕了1/4，使用壽命提高了5倍，目前已被空客和波音公司大量采用。
• SpaceX發(fā)射的獵鷹9火箭中帶有許多由SLM技術(shù)制造的關(guān)鍵零件，例如氧氣閥主體、渦輪泵和噴射器等?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的噴油嘴、節(jié)流件、冷卻通道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)使用傳統(tǒng)的制造很難實(shí)現(xiàn)，但這對(duì)3D打印卻不是什么難事。SpaceX的獵鷹9運(yùn)載火箭從首飛至今已經(jīng)經(jīng)過(guò)了數(shù)十次的回收和重復(fù)利用，而這正是3D打印技術(shù)的大量使用。
• 阿迪達(dá)斯已通過(guò)數(shù)字光合成（DLS）技術(shù)來(lái)批量生產(chǎn)跑鞋用的中底，例如Futurecraft 4D運(yùn)動(dòng)鞋。通過(guò)這項(xiàng)制造技術(shù)，阿迪達(dá)斯能夠生產(chǎn)之前難以實(shí)現(xiàn)的鞋中底幾何形狀。自阿迪首次采用3D打印制造球鞋開(kāi)始，其他球鞋品牌也紛紛研究3D打印技術(shù)，以根據(jù)不同腳型、落地方式、體重等差異定制最適合的運(yùn)動(dòng)鞋。

2. 建筑領(lǐng)域

2016年，全球首座使用3D打印建造的辦公室在迪拜落成，用以提供臨時(shí)辦公。在工程施工中有效應(yīng)用3D打印技術(shù)，可以極大地縮短工期，提供高質(zhì)量的應(yīng)急住房。

3. 醫(yī)療領(lǐng)域

• 義齒的3D打印國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出眾多企業(yè)，在義齒金屬3D打印方面，國(guó)內(nèi)品牌鉑力特的3D打印設(shè)備（SLS）以及漢邦科技的金屬3D打印設(shè)備在義齒加工領(lǐng)域有著深入應(yīng)用。
• 在助聽(tīng)器制造領(lǐng)域，美國(guó)的助聽(tīng)器制造商在短時(shí)間內(nèi)幾乎全部切換成3D打印生產(chǎn)線，用于助聽(tīng)器外殼的批量化生產(chǎn)。

4. 教育領(lǐng)域

在教育方面，GE把大量的資金投入到3D打印教育中，旨在幫助選定的對(duì)象在先進(jìn)技術(shù)方面獲得更好的配套設(shè)施。在中國(guó)、美國(guó)和歐洲，越來(lái)越多的學(xué)校認(rèn)可了3D打印在基礎(chǔ)教育中的重要性，以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意和想象力。

上一篇：3D打印全球價(jià)值鏈兩種發(fā)展模式及其網(wǎng)絡(luò)特性
下一篇：3D打印技術(shù)全景原理、工藝與創(chuàng)新應(yīng)用