杨乐
南京技师学院 江苏 南京 210033
摘要：随着科学技术的不断进步，新型材料的兴起，机械设备制造对零部件的要求不断提高。3D打印技术的出现，满足了不同企业不同用户的要求。这一技术通过数字化与定制化的方式，提高了产品的成形速度，减少了材料的浪费，同时企业和用户能够更直观的看到产品修改的过程，以及个性化的呈现。本文着重分析金属3D打印机的发展现状和应用领域。
关键词：3D打印技术；应用；解析
3D打印技术中加入了计算机的辅助操作，在成形方式、精度、表面平整度等方面得到了提升，使这项技术受到了越来越多的关注。3D打印技术的不断发展更新，已经在设计、制造、工程等领域都有实用价值。而且利用不同材质、打造了不同形态的各类产品。
一、3D打印技术的现状概述
3D打印又称快速原型制作，是以建立数字模型，转换成立体参数文件，利用粉末状金属或塑料等粘合材料层层堆积起来，以建立实体的新型制造技术，3D打印一般使用数字材料打印机完成打印工作同时与计算机协同配合。计算机将零件的3D模型根据生产要求进行自主厚度切割，同时打印装置会根据切割后的模具厚度和外形，进行自主组装，通过合理的叠加，最后合成了三维立体的实体零部件[1]。3D打印技术的运用，取代了人工利用传统模具建模以及刀具切割的模式，有效提升了产品的工艺性和制作效率。
目前市场中运用的3D打印技术主要为产品研发换代、复杂零部件的设计制作、生产线的快速重构等提供解决办法，为制造业以及其他领域的技术提供了发展空间。而国内外针对这一技术进行了大量深入的研究，并且在工程建筑、汽车、航空等领域进行应用，不仅对零部件的重量上实现变轻不变质，同时大大降低了制造的成本空间。
二、金属3D打印技术的发展路径
金属3D技术从开始研发到进入工艺成熟期，经历了多方实验以及实例探索，接下来对零件力学和冶金学两方面进行金属3D打印技术分析。
1.初始研发
3D打印技术的初始研发阶段是快速成型阶段，这个阶段该技术完成的零件制作、精度管控、实体的致密度还达不到使用要求，但就研发初始阶段而言，已经具有划时代进步的意义了，例如，激光烧结成型技术。
2.增加致密度阶段
绝大多数金属零件必须具备力学性能，方能使用。所以，降低孔隙率、增加致密度是3D打印的当前任务。第一种方法是将孔隙率较高的零件致密化处理，例如，SLS/RP技术；第二种方法是开发新工艺，例如，选区激光融化成型技术，可以直接获得致密度90%以上的零件。
3.提升工艺性能
本世纪初，各大科研团队为了实现3D打印的更大突破，在打印出复杂形状、大型零件等方面取得了成功[2]。例如，智能微铸锻铣成形技术、激光立体成形技术。这些技术的完善开发，不仅提升了零件的力学性能，甚至可以与同材质的锻件一比高下，使3D打印技术迈向了实际工程运用的开端。
4.技术成熟
通过近些年的不断努力研发，3D打印技术趋近成熟，而其柔性、节能环保、适应性强的特点，受到了各国各领域的好评，以及普及使用。例如，空客计划的零部件全部采用3D打印技术来完成的。而3D技术的成熟，也促使科研人员继续前行，4D技术已经在研发的路上，相信不久的将来，3D和4D技术都将成为工程零件成形的主要技术。
三、3D打印技术应用存在的问题以及展望
1.技术效率
金属3D打印技术以运用到高科技产品、首饰制造业、航天航空、医疗领域等多个领域，以其独特的优越性，活跃在各领域当中。如心脏支架，产品使用不多，产量不高，传统方法成本相对于3D打印技术费用更大，更耗时。但面对常规产品，普及度高的物品，3D打印技术制作效率低，进行大规模生产，大批量制作，都无法实现。其效率低的原因本身制作方式受限，主要采用的是激光制作技术，利用激光束融化金属粉末，移动喷头进行熔接，制作精密零件。喷射粉末量的限制，导致其工作效率低。同时金属3D打印中需要支撑，而相对于普通3D打印去除支撑时间和工序，金属3D打印更耗时、工序繁琐，无形中增加了时间成本。
2.产品性能
产品性能是企业发展的重要因素，而金属性能包含多个方面，包括硬度、密度、韧性等。金属3D打印技术材料相对单一，属于一次成型的制作方式，没有传统工艺中热处理这一工艺，无法达到产品性能的理想状态。传统金属制作，会对不同零件，更具材料、规格的不同变化，每一次都进行热处理工艺操作，针对发生的变形和尺寸变化进行多次交替处理，能够实现产品的性能要求。而金属3D打印技术缺少了这一热处理工艺，一次成型的产品，性能达不到企业的理想要求。
3.材料单一
金属3D打印材料重要集中在不锈钢领域，因其符合3D打印材料高强度、高硬度、高耐磨性的要求，而使用广泛。面对金属3D打印材料的高标准，材料开发也进入了瓶颈阶段，而对其他材料如铜、金等的开发使用，虽然在试验适用中，但性能单一，价格昂贵，无法达到市场的需求。
4.3D打印技术的展望
3D打印技术发展至今，得到了更多关注、研究、探索，所以，进一步升级3D技术，开发4D技术，是未来发展的重要措施[3]。而攻克金属3D打印技术的各类难题，是我国研发的首要任务，未来3D打印机器以及材料，一定是高效率、高性能发展的创新趋势。首先，3D打印技术与传统铸造行业目前是相辅相成的关系，所以要在未来的研发中，突出其优势。其次，该技术涉及的项目多、应用广，占据了大部分的技术领域，研发团队要紧跟发展要求，提升研发速度，适应经济形势的发展。最后，3D打印技术标准化管理，才能推进其产业化进程。
总结：综上所述，信息化高度发展的今天，3D打印技术应用之广，技术趋近成熟，面对复杂多变的需求，能够提供一个及时准确的结果，同时满足各行业的定制需求。但是，3D打印技术还有不足之处，是对科研人员研究提出的挑战，也对3D打印技术提供了良好的发展空间。
参考文献：
[1]赵焰平.金属3D打印技术应用的困惑及解析[J].世界有色金属,2016(11).
[2]梅峰.金属3D打印技术与应用[J].世界制造技术与装备市场,2020,No.169(04):16-16.
[3]谭磊,赵建光.金属3D打印技术核电领域研究现状及应用前景分析[J].电焊机,2019,49(04):362-366.