3D 打印的优缺点

毫无疑问，3D打印技术多年来一直是突破性的技术。它也是一种快速原型制造技术，最近在社区引起了关注。3D打印使用数字材料打印机。它足够通用，可以制作从纸巾架到智能手机壳的任何东西。在医疗、家居和军事技术领域，高科技产品的开发和生产正在进行中。

3D打印机现在已经成为家庭用品。这种打印机有很多医疗益处，包括创造新身体部位和进行临床试验的能力。但也有负面影响，例如导致大规模生产下降。

3D打印的历史

3D打印对环境的影响比传统制造小，这是它被发明的原因之一。近年来，人们越来越意识到环境污染的危险。因此，环境保护变得越来越重要。3D打印有助于减少碳排放。传统制造会产生废物和污染。3D打印减少废物和二氧化碳。它利用切割、煅烧和焊接产生的废料、水和气体来制造产品。它可能对环境造成严重的负面影响。3D打印机主要由可再生、可生物降解的材料制成。它通过电源加热熔化材料，然后逐层堆积。

原材料的利用效率非常高，没有有毒气体、噪音或化学物质的污染。例如，3D打印机使用PLA（乳酸）。根据Koslow T.（2019）的说法，这是一种可再生和可生物降解的材料，由玉米和木薯等原材料制成。3D打印减少碳排放。它使用绿色环保的材料。

考虑3D打印的另一个原因是它非常快，并且不需要模具。根据Grieser F.（2016）的说法，3D打印不需要制作和处理连接件，甚至可以作为初始机器的一部分。3D打印是一种使用塑料或金属粘合剂作为打印材料的打印方法，它基于数字模型逐层打印。计算机连接到3D打印机，然后打印出相应的模型。一些更具雄心的实验室想法也得到了发展。例如，根据Osborne S.（2019）的说法，俄罗斯正计划利用3D打印技术建造一个人造月球基地。

3D打印的影响

3D打印带来的一个结果是大规模生产的下降。没有人会相信现代制造业可以没有工厂完成。因为制造过程有工厂和机床，以及生产线和规模经济，所以工业生产不可能没有机器、装配线和供应链。事实并非如此，3D打印对制造业有着重要影响。根据3DHubs（2019）的说法，3D打印技术成本低廉，并且可以根据需求进行定制。与传统制造生产线和传统工厂的大规模生产相比，3D打印可以降低成本。与传统制造相比，3D打印还有助于提高生产质量。它经常用于以更低的成本制造定制的、更好的产品版本，而且通常是传统制造无法实现的。这就是它们有用的原因。一台打印机可以打印各种物品，有时甚至可以将其制成无需组装的形状。它就像一个没有实际车间的车间，正在创造一种全新的DIY制造者。此外，也无需库存。用Mazzarol T.（2012）的话来说，“如果这些技术普及开来，那么像中国这样的低成本制造经济体的竞争优势可能会减弱”。

3D打印的未来影响将是医疗革命。根据美国国家医学图书馆（2014）的说法，医用支架模型、耗材、模型以及许多其他物品都可以使用3D打印机打印。利用3D打印技术，借助计算机生成的图像数据，可以将物体塑造成实体结构，用于医学教学和手术培训。3D打印可用于创造全新的身体部位，如仿生眼、抗菌牙齿、骨骼、人体骨骼、卵巢、打印心脏等。根据Murphy J.（2018）的说法，3D打印可以修复受损的面部组织，包括鼻子、耳朵、皮肤等。它还可以生产与患者匹配的精确组织。这使得它能够重建患者的整个面部，并能产生美观的效果。面部被转换为3D计算机生成的数据，这使得医生能够重建患者缺失的身体部位。与传统技术相比，所使用的方法更精确，材料选择也更多样化。由于3D打印技术支持的材料数量不断增加，打印工艺的进步以及美容市场的增长，面部美容和美学效果的程度预计将有所提高。根据Triple J Hack（2019）的说法，世界上第一个3D打印心脏已经问世。“以色列研究人员宣布他们已经用生物材料打印了一个完整的心脏，我们离医生能够利用我们自己的细胞制造替代器官的世界又近了一步。”

3D打印的优点

与传统的制造方法相比，这种制造工艺具有许多优点。这些优点包括与设计、速度和成本相关的优点。下面提到了一些-

1. 设计灵活

3D打印允许打印和设计比传统制造方法更复杂的模型。传统工艺受到设计限制，而3D打印的应用不受此限制。

2. 快速原型制造

3D打印可以在数小时内生产零件，并加速原型制造过程。这使得每个步骤都能更快完成。与制造原型相比，3D打印成本效益高且制作零件更快，因为设计可以在几小时内完成，从而可以更快地进行每次设计更改。

3. 按需打印

按需打印提供了额外的优势，因为它不像传统的制造过程那样需要大量的库存空间。这可以节省空间和金钱，因为除非需要，否则无需批量订购打印。

3D设计文件保存在库中，因为它们是以STL或CAD文件形式打印的3D模型，这意味着它们可以随时找到并打印。通过编辑单个文件，可以以非常低的成本修改设计，而不会浪费过时的库存和工具。

4. 最耐用和最轻巧的零件

主要的3D打印材料是塑料。然而，某些金属也可以用于3D打印。但是，塑料是更好的选择，因为它们的重量比金属轻。这在航空航天和汽车等领域至关重要，在这些领域，重量是一个问题，并且可能提供更高的燃油效率。

此外，还可以使用定制材料制造零件，以提供特定的特性，如耐热性、更高的强度和防水性。

5. 快速设计和生产

根据零件的结构和设计，3D打印可以在几分钟内打印出零件，比模压或机加工零件更高效。不仅制造过程可以节省时间，设计过程也极其快速。这是通过制作准备好打印的STL和CAD设计来实现的。

6. 最小化浪费

制造零件的过程需要制作零件本身的组件，并且浪费很少或没有浪费，与其他由大量不可回收材料组成的工艺相比。这不仅有助于减少资源使用，还降低了所用材料的成本。

7. 成本效益

作为一步式制造程序，3D打印可以节省时间，从而节省使用各种机器进行制造的成本。3D打印机可以设置好然后进行工作，这意味着在整个过程中不需要工人值守。如前所述，制造过程可以帮助降低材料成本，因为它只使用制造组件所需的材料，几乎没有浪费。尽管3D打印设备购买成本很高，但您也可以通过外包工作给3D打印服务提供商来降低成本。

8. 可及性

3D打印机已变得越来越容易获得，越来越多的本地服务提供商提供制造外包解决方案。这节省了时间，并且不像传统制造方法那样需要昂贵的运输成本，而传统制造方法通常在中国等国家生产。

9. 环保

由于该技术减少了使用的材料浪费，因此这种方法是绿色的。然而，当考虑到燃油效率提高等因素时，其环境效益可以进一步提高，例如使用更轻的3D打印组件。

10. 先进的医疗保健

3D打印目前被用于医疗领域，通过打印人体所需的器官，如肾脏、肝脏和心脏，来挽救生命。医疗领域正在开发最新的发展和应用，带来了3D打印技术带来的最大技术进步。

11. 3D打印在其他行业中的应用

由于其工艺的灵活性，3D打印在各个行业都有应用，包括-

航空航天

飞机（和航空航天）行业广泛使用3D打印，因为它能够制造出轻巧且具有复杂几何形状的物体，例如叶盘。与传统的生产技术相比，3D打印能够将物体作为单个完整组件进行制造，从而减少了交货时间和材料浪费。

机器人技术

由于其快速生产、设计灵活性和易于设计定制，3D打印非常适合机器人行业。为此，正在努力开发定制的外骨骼和快速高效的机器人。

3D打印的缺点

与几乎所有其他方法一样，3D打印也存在一些缺点，在使用该方法之前应予以考虑。

1. 材料限制

尽管3D打印可以使用多种金属和塑料制造产品，但可用原材料的范围并不完整。这是因为一些塑料和金属的温度控制不足以支持3D打印。此外，这些打印材料的大多数不可回收，并且只有一小部分不能安全食用。环境污染问题是一个主要问题，因为采取不损害短期和长期环境的可持续技术非常重要。

2. 构建尺寸限制

3D打印机具有有限的打印区域，这限制了可以打印的零件。任何更大的零件都需要单独打印，然后在生产后连接。打印机需要打印更多零件才能制作更大的零件。这将增加成本和所需时间，因为它们将需要组装和连接在一起才能完成单个零件。此外，所有这些零件将组装在一起以完成整个产品。整个过程还需要人工。

3. 后处理

大型零件可能需要一些后处理。然而，几乎所有3D打印的零件都需要进行一些清洁，以去除任何支撑材料并使表面光滑。在此之后，才能在产品上获得所需的光洁度。水射流、打磨以及化学浸泡和冲洗是一些后处理方法。零件的尺寸、预期用途以及所使用的3D打印技术的类型都会影响所需后处理的量。尽管3D打印速度很快，但后处理可能会减慢制造过程。

4. 大批量

与注塑成型相比，3D打印的固定成本很高，而注塑成型可以以更低的成本生产大批量产品。尽管3D打印比其他制造方法昂贵，但一旦您的生产规模扩大到大规模生产的大批量，单位成本不会像注塑成型那样下降。

5. 零件结构

3D打印，也称为增材制造，允许零件逐层生产。这些层可以通过相互粘合而分离，但它们也可能在某些应力下分离。当使用熔融沉积成型（FDM）技术生产物品时，尤其如此。另一方面，Polyjet和multijet零件可能不那么脆。在某些情况下，注塑成型可能是一个更好的选择，因为它生产均质零件，不会分离或断裂。

6. 制造业就业岗位减少

3D技术的缺点是它可能会减少人力。大部分生产通过电子和打印机完成。许多第三世界国家依赖低技能工作来维持经济。这项技术可能会通过减少对外国生产的需求来威胁这些制造业工作岗位。它将加剧失业和贫困问题。

7. 设计不准确

3D打印可能出现的第三个问题与所使用的工艺或机器类型有关。一些打印机的公差较低，可能导致零件与原始设计不一致。虽然这可以在后处理中纠正，但应注意，这将增加生产时间和成本。

8. 版权问题

随着3D打印变得越来越普及和流行，出现假冒伪劣产品的机会也越来越多。几乎不可能区分差异。这引发了关于版权和质量控制的问题。有关当局将不得不采取一些步骤来应对质量下降的问题。

结论

3D打印技术一直是原始制造技术产业的关键组成部分。它正在逐步改变我们的生产和生活，并在文化、创意设计、工业和生物学领域发挥重要作用。它还对医学研究和临床研究有巨大好处。在十年内，也许全球最好的医院将拥有器官打印机。这将使器官和组织打印常态化。虽然它本身就是一场革命，但它也可能产生一定的负面影响，特别是对中国等主要制造国。大规模生产将减少，就业机会将减少。此外，它还可能影响许多其他制造国的GDP。在使用它作为大规模生产的工具之前，应该对其优缺点进行全面讨论。