3D打印的实际应用

多年来，3D打印经历了许多变化。在早期，3D打印既耗时又昂贵，对于工业以外的应用来说不是很实用。然而，随着当今更灵活、更具成本效益的3D打印方法的出现，在某些领域，3D打印已成为一种实用工具。

更换零件

3D打印最大的增长领域之一是更换零件行业。其中一个原因是零件可以按需打印，而无需将它们存储在仓库中。此外，如果不再制造零件，与其他制造工艺相比，可以相当容易地设计和打印替代品。由于增材制造，替换零件行业正在经历巨大的变化。您现在可以简单地在家用3D打印机上下载并打印替换零件。

有用的物品

有时，实际应用不一定需要是消费者应用的工业应用;它可以只是功能性的东西。作为一名设计师，你几乎可以为任何目的创造你需要的任何东西。通过3D打印，您可以采用该设计并将其转换为工作物理对象。

想想你每天在家里或办公室里做的事情，这些事情可以变得更容易。或者，考虑一下组织以及为特定目的设计的东西在哪里有用。例如，一个非常简单的壁挂支架设计，用于将耳机挂在计算机附近。

基于行业的应用

3D打印分布在众多行业。

专业的

到目前为止，专业应用是当今与使用3D打印相关的最大类别。虽然这一类别继续增长，但有一些关键领域已经广泛采用增材制造技术。

成型

3D打印技术的第一个也是迄今为止最大的应用是原型开发。在3D打印的早期，设计师和工程师意识到他们可以通过打印原型而不是机加工来节省时间和金钱。起初，原型必须发送到服务机构，除非该公司能够负担得起当时为数不多的非常昂贵的打印机之一。然而，在过去几年中，打印机成本急剧下降，而输出质量已经提高到即使是廉价打印机也可以输出足够好的零件进行原型设计的水平。

个人

随着2008年低成本3D打印机的出现，随着输出的出现，一种新的表达形式出现了。人们立即使用他们的打印机来创建所有类型的3D打印设计。在3D打印的众多类别中，一些更受欢迎的模型可以分为三大类：艺术和设计，角色扮演以及玩具和游戏。

最活跃的技术

虽然当今在3D打印世界中使用了许多技术，但其中一些技术已经变得更加占主导地位。这是出于几个原因，但主要原因是每种技术的几个关键要素的专利结束。所有3D打印技术的一个共同因素是使用连续的材料层创建零件的想法。

FFF / FDM

熔丝制造（FFF）或熔融沉积建模（FDM）是一种3D打印工艺，它使用通过加热喷嘴挤出的塑料长丝。这项技术是所有3D打印技术中最受欢迎的，因为它易于实施并且可以制造出非常高质量的产品。这是一项自 1990 年代初以来一直存在的技术，是由 S. Scott Crump 开发并由 Stratasys Inc. 以商标缩写 FDM 商业化和销售的过程。

随着原始专利的到期，最初是业余爱好者和爱好者对为专业人士和消费者开发该技术的兴趣增加。今天，有数百台打印机使用这种技术，价格从几百美元起不等。

服务级协议

立体光刻是Chuck Hull在1986年创造的一个术语，当时他将其作为使用紫外光和液体光聚合物创建3D物体的方法申请了专利。最初的设计使用紫外激光，将光束聚焦在一桶树脂的底部。激光将硬化该层的树脂，模型将被抬起，并在前一层下方创建另一层。这通过添加连续图层来构建 3D 对象。

这项技术被3D系统公司推向市场，他们开发了一系列至今仍在使用的SLA 3D打印机。立体光刻的主要优点之一是能够创建具有微小表面细节的非常高质量的零件。通过使用激光或 DLP 投影仪，当今的打印机可以解析小至几微米的细节。这使得立体光刻成为制作珠宝和其他精细物体的理想选择。与FDM一样，该技术的专利也已过期，允许市场上有大量打印机可用。

重要问题

随着增材制造的出现，许多问题已经浮出水面。其中许多问题尚未解决，可能需要政府的干预才能解决这些问题。

知识产权保护

知识产权保护是当今围绕3D打印和增材制造的头号问题。一些人估计，由于3D打印，全球知识产权损失每年超过1000亿美元。增材制造在短短几年内就破坏了制造业需要几十年才能确保的工作。它颠覆了传统的供应链，允许用户绕过制造商，3D打印在计算机上创建的物理部件，或3D扫描。这使用户可以打印几乎任何东西，甚至是专利和受版权保护的设计。随着3D打印行业的发展，这个问题将继续增长。

传统上，制造商有一个严格控制的供应链，从最初的设计一直到最终交付的产品。如果消费者想要这些产品之一，他们需要在本地或在线购买。这使制造商能够控制其产品和知识产权。

随着3D打印的引入，这一切都改变了。现在已经创建了大量不同类型的供应链。这些新的供应链中的每一个都为知识产权盗窃带来了潜在的风险，如果不是彻底盗窃，至少会失去对该财产的控制。

这就是当今3D打印的现实。真实事物的数字文件易手，很少或无法控制谁创建它或何时创建它。这就是Napster时代的音乐产业。今天的区别在于主要参与者如何处理知识产权控制权的丧失。到目前为止，受3D打印影响最大的行业已经退后一步，正在关注一切的发展方向。这并不是说他们不会追捕知识产权盗窃;许多公司积极从Thingiverse等网站上删除违规模型。聪明的公司看到了未来，并希望成为其中的重要组成部分。

随着3D打印的引入，知识产权保护变得越来越复杂。许多人正在寻求监管机构和知识产权相关组织制定每个人都可以使用的规则。这不是一件容易的事。

安全和黑客攻击

计算机安全是与计算机和网络空间相关的每个行业的重中之重。直到最近，网络安全和黑客威胁才成为3D打印的最前沿。当谈到增材制造的安全性时，这并不是业界认为理所当然的事情。在3D打印技术方面，有几个与安全性相关的问题。最受关注的两个是有目的地引入打印缺陷，以及从打印机本身窃取用于打印的数据文件。

在打印过程中引入缺陷可能不会影响大量零件。然而，当涉及到航空、汽车和其他行业关键部件的印刷时，印刷中的缺陷可能会产生灾难性的后果。以火箭喷嘴的打印为例。完美的打印将满足所有设计规范，并能够承受零件设计的应力和应变。当出于恶意原因故意引入缺陷时，该部件不再能够正常工作，并可能成为部件故障的原因。

入侵计算机系统并窃取数据对网络空间世界来说并不是什么新鲜事。如今，许多3D打印机直接连接到网络内系统。正因为如此，他们很容易受到外部入侵者的攻击。现在，普通人不太可能遇到他们的3D打印机被黑客入侵和数据被盗的问题，但对于大型制造商来说，这仍然是一个问题，他们非常重视这一点。

材料安全

自早期以来一直是制造业的一部分的问题之一是材料安全问题。与3D打印相关的材料安全问题在很大程度上取决于所使用的工艺。检查几种不同的材料类型揭示了处理这些材料的一些问题以及必须采用的安全措施。

FDM 或 FFF 打印机使用各种细丝进行打印。各种灯丝的材料安全性差异很大。PLA（聚乳酸）和ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）是基于灯丝的3D打印机最常用的两种材料。PLA是一种热塑性聚酯，源自玉米淀粉等物质。它通常被认为是一种相当安全的材料，几乎可以在所有环境中使用，请记住，无论您打印什么材料，清洁的空气循环总是好的。

另一方面，ABS由丙烯腈，丁二烯和苯乙烯制成，是一种石油基产品。ABS长丝打印产生的气体和颗粒被释放到空气中，对人体健康有潜在危害。因此，使用ABS打印时，重要的是不仅要有良好的通风，而且要过滤从打印机出来的空气。

还有多种其他长丝类型可用于熔融长丝制造印刷。每个制造商可以有不同的配方并使用不同的材料。可以添加的材料，如金属、木材、砖块等，会改变灯丝的构成。要了解这些材料的安全性，请查找制造商提供的材料安全数据表。

立体光刻使用紫外光固化液体树脂来创建 3D 对象。这些树脂中有许多是丙烯酸投资者与光引发剂混合的混合物，可引起皮肤、呼吸道和眼睛刺激。这些是这些树脂可能导致的一些问题之一，这就是为什么遵循打印机制造商提供的任何说明以确保安全材料处理很重要的原因。

选择性激光烧结、粘合剂喷射和其他基于功率的打印方法使用极精细的功率。这些能量可以是金属、塑料或其他材料，如石膏。如果吸入和处理不当，这些材料可能会对人类健康构成风险。有些如果被火花或火焰点燃，还会有爆炸的风险。以安全的方式处理这些材料可能会增加打印设置的额外成本。

Steven Schain是4D Technologies所有CADLearning产品的后期制作主管，专门为Autodesk，Inc.软件开发媒体和娱乐CADLearning产品，软件，包括3ds Max软件和Maya软件。