三维打印机床怎么用看这里!群蜂学堂｜万物皆可打？3D打印技术原理及运用

新冠疫情一直持续到现在，给各行各业带来了巨大的冲击和变化，也给一些行业提供了机会，比如今天要谈论的3D印刷业。(威廉莎士比亚，《北方司法》前情提要)。

2020年初，受海外医疗防护物资紧缺影响，利用3D打印设备制造出的口罩、医用面罩、护目镜等一时间成了“救场奇兵”。利用3D打印技术制造面罩、呼吸阀、口罩扣等紧缺的医疗物资，与传统制造模式相比，这种制造模式的好处是不受空间的制约，能够缩短供应链流程，生产效率更高，并且制造门槛也更低。

事实上，作为具有巨大发展前景和广阔应用空间的前沿技术之一，3D打印几乎已经“风靡全球”。截至目前，3D打印在教育、医疗、汽车、航天等领域的应用正不断深入，其在商业落地过程中的价值也不断体现出来。

如何打印“世界”？

3D打印又称“增材制造”（Additive Manufacturing），它的出现可以说颠覆了人们对传统生产制造的认知。

3D打印机的工作原理与普通打印机基本相同，只是打印材料有些不同。普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有粉末状的金属、陶瓷、砂，以及塑料等可粘合的打印材料。当3D打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把打印材料一层层叠加起来，最终把计算机上的模型变成实物。

传统的减材制造工艺是从一块材料上去除所有不需要的材料（通过手工雕刻，或者使用铣床、车床或CNC机床等设备来实现），直至得到所需的零件（图1-a）。

与减材制造工艺相比，增材制造是从零开始的，通过依次在前一层的顶部“打印”新的一层来构建零件，直至零件完成（图1-b）。根据所使用的特定增材制造技术，每一层的厚度也有所不同，在几微米到约0.25mm之间变化，当前有许多材料可以应用于不同的增材制造工艺。

起初，3D打印主要是在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于某些产品或零部件的直接生产制造，比如在航空航天、工程施工、医疗、教育、地理信息系统、汽车等垂直领域都有所应用。

• 2015年，美国国家航空航天局（NASA）基于3D打印技术，打印出航空火箭发动机的头部。这使得零件大量减少，焊缝也随之减少，降低了火箭发动机出现故障概率的同时，使得迭代周期缩短、成本降低。
• 在迪拜，政府选择用3D打印来建造政府大楼。3D打印建筑主要作业由机器完成，一体成型，建筑速度快，工人的作用多为操作和检验3D打印机的工作情况，因此对人力的需求比传统建筑行业少。
• 2019年，美国加州大学圣迭戈分校利用3D打印技术，制造出模仿中枢神经系统结构的脊髓支架，成功帮助大鼠恢复了运动功能。
• 2020年5月我国首飞成功的长征五号B运载火箭上，搭载着我国新一代载人飞船试验船，船上还搭载了一台“3D打印机”。这是我国首次太空3D打印实验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。

3D打印：兼具效率与质量

以上，大到工程建筑、火箭发动机，小到脊髓支架等都有用到3D打印技术，3D打印技术也被评价为可能会改变世界的技术之一。那么3D打印具有何种优势呢？

• 成品速度快：快速、高效、低成本的3D打印和注塑工艺已取代了耗时且昂贵的制造技术。现在，新开发人员可以获得注塑成型报价，并且几乎可以立即知道将新产品推向市场的成本。注塑成型是制造大量相同塑料零件的具有成本竞争力的技术，一旦创建模具并设置机器后，就可以非常快速且低成本地制造其他零件。
• 构型精准多样：3D打印可以轻松制造复杂的形状，其中许多形状无法通过任何其他制造方法来生成。即使形状再复杂，利用3D打印技术也能完成产品设计及制造。在飞机、汽车等精密零部件制造方面拥有突出优势。
• 无须机械加工：3D打印技术不需要机械加工或任何模具，就可以直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件。这样做，可以大大地缩短产品研制周期，提高生产率、降低生产成本。和传统技术相比，3D打印技术通过摒弃生产线而降低了成本，减少了材料浪费。
• 产品定制化：3D打印不仅可以提供更大的设计自由度，还可以完全定制设计。由于当前的3D打印技术一次只能制造少量零件，因此非常适合小批量定制化生产。该定制化概念已被医学、牙科、骨科等领域所接受，用于生产定制义肢、植入物和牙科矫正器具等。从量身定制的完美适合运动员的高级运动装备、跑鞋到定制太阳镜、耳环，3D打印可经济高效地一次性生产定制零件。

3D打印应用广阔

3D打印带来了世界性制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现，将会颠覆这一生产思路，这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。

3D打印技术市场潜力巨大，势必成为未来制造业的众多突破技术之一。

• 工程制造：在工程类制造方面，一方面是应用于国防军工、航空航天等高端制造的重要零部件生产，这些部件生产要求高，传统工艺往往无法达到或者即使达到但成本过高；另一方面是用于工程制造的小批量或者单件产品生产。
• 民用发展：在民用发展方面，带来制造工艺的深刻变革同时减少劳动力的成本，3D打印技术被誉为“第四次工业革命”的核心技术。
• 医疗方面：同时3D打印技术在医疗方面也有着显著的成效，可以用来打印假肢，帮助更多因为意外失去双腿的人重新站起来，和正常人一样生活。“3D打印心脏”是应用3D打印技术实施人类器官仿制的又一成果。3D打印心脏可用于心脏解剖的副本，对于练习复杂的心脏手术大有裨益。
• 建筑行业：在建筑业，3D打印的潜力远不止可以生产DIY的家居物品这么简单。实际上，这项技术甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业。与传统建筑行业相比，3D打印的建筑不但建材质量可靠，还可节约建筑材料30%-60%、缩短工期50%-70%、减少人工50%-80%，根据测算，3D打印至少能使建筑成本降低50%以上，让更多人住得起房子。不过，新型“油墨”打印的建筑，其刚度、强度和耐久性等综合性能还待进一步验证。