探析3D打印在工程领域的应用

文51 断块区地层系统自下而上依次划分为古近系的沙河街组和东营组，以及新近系的馆陶组、明化镇组和平原组。古近系的东营组与新近系的馆陶组呈不整合接触。本次研究的主要目的层段是古近系沙河街组沙二下亚段（表7－3）。

表7-3　濮城油田文51 区地层划分总表

图1-17　使用3D打印机械手持握积木的Josh Cathcart

3.航空航天，国防军工

在航空航天领域会涉及很多形状复杂、尺寸精细、性能特殊的零部件、机构的制造。3D打印技术可以直接制造这些零部件，并制造一些通过传统工艺难以实现的零件。据一些媒体报道，一些战斗机、航母、商飞的民用飞机甚至美国国家航空航天局（NASA）的航天器也正在使用3D打印技术。

罗尔斯罗伊斯公司利用3D打印技术，以钛合金为原材料，打印出了首个最大的民用航空发动机组件，即瑞达XWB-97发动机（图1-18）的前轴承，是一个类似于拖拉机轮胎大小的组件。

全球四大航空发动机厂商陆续宣布将在不同领域使用3D打印技术，UTC下属的普惠飞机发动机公司宣布将使用3D打印技术制造喷射发动机的内压缩叶片，并在康涅狄格大学成立增材制造中心，霍尼韦尔则在其后宣布将使用3D打印技术构建热交换器和金属骨架。同为航空发动机四巨头的通用航空、劳斯莱斯，在增材制造技术应用与航空发动机的研发方面所用时间也都超过了10年。

4.文化创意，数码娱乐

3D打印独特的技术优势使得它成为那些形状结构复杂、材料特殊的艺术表达的很好的载体。3D打印不仅可以制作模型艺术品，也可以制作电影道具、角色等，如洛杉矶特效公司Legacy Effects运用3D打印技术为电影《阿凡达》塑造了部分角色和道具（图1-19），而3D打印的小提琴则接近了手工艺的水平。

正确、合理、精准的测井地层划分与对比是二次测井解释和储层研究的最重要基础工作。针对该区断块发育、陆相地层横向变化剧烈，各研究单位的小单元地层划分标准不统一，完备性和完整性也参差不齐，地震资料的运用程度相对较低，目前的目的层段沙二下亚段流动单元的划分精度和准度仍然存在一些问题，利用已有的岩芯、取芯资料，在前人划分的基础上，采用垂向测井相综合特征比对分析方法，参照反映地层岩性变化敏感的GR 曲线、反映储层孔隙结构特征的DT 及反映储层含油性响应特征的COND 曲线，并应用井震联合统层技术，重点开展研究区的地层划分与调整工作，基本思路（图7－11）是：

图1-18　瑞达XWB-97发动机

图7-11　井震联合统层技术思路

①从井类型角度来讲，首先对文51 区沙二下地层发育相对完整、测井系列相对较全、已有流动单元划分的重点控制井进行小层对比与核查，并构建出全区由控制井组成的平面井网，然后利用重点控制井→一般控制井→非控制井→普通井分级控制的思想对地层单元进行对比和核查。

②从地层单元划分尺度的角度来讲，首先进行目的层段、砂组级别大层井震联合统层（图7－12～图7－15），建立大套地层单元的等时格架（图7－16），然后在段、砂组级别大层的控制下，采用多种测井对比技术进行砂组内部小层的井震联合统层，最后全区闭合，形成合理的小层格架。

③从点→线→面层层递进的角度来讲，首先对地层发育相对完整、测井系列相对较全、已有流动单元划分的重点控制井进行地层单元的对比与核查，然后通过多条连井非控制线（必须包含任意方向的已校正过的控制井、沙二下保存较为完整的非控制井）对非重点控制井进行地层单元的对比与核查，最后全区闭合，形成段、砂组及砂组内部小层的空间等时格架。

在进行小层对比之前，首先要确定具有区域广泛沉积意义的、层位稳定、延续时间较短、易甄别的标志层，如膏盐层、灰岩（夹层）、凝缩层（泥岩）、煤层、油层、火山岩等。标志层的主要特征是岩相变化小，测井曲线响应特征明显。本区重点选取14 套相对稳定的湖侵泥岩作为等时对比的标志层，分别是85、82、76、66、53、47、42、36、31、27、24、13、11、0，如图7－17 所示。

图1-19　Legacy Effects为《阿凡达》制作角色模型

5.艺术设计(www.xing528.com)

对于很多基于模型的创意DIY手办、鞋类、服饰、珠宝和玩具等，3D打印技术也是手到擒来，可以很好地展示设计者的创意（图1-20、图1-21）。设计师可以利用3D打印技术快速地将自己所设计的产品变成实物，方便快捷地将产品模型提供给客户和设计团队观看，提供及时沟通、交流和改进的可能，在相同的时间内缩短了产品从设计到市场销售的时间，以达到全面把控设计顺利进行的目的。快速成型使更多的人有机会展示其丰富的创造力，使艺术家们可以在最短的时间内释放出崭新的创作灵感。

图7-12　井震联合统层技术思路

图1-20　3D打印的珠宝

图7-13　井震联合恢复的沙二下顶界面原始古地貌

图1-21　3D打印全套《最终幻想7》人物手办

6.建筑工程

设计建筑物或者进行建筑效果展示时，常会制作建筑模型。传统建筑模型采用外包加工手工制作而成，手工制作工艺复杂、耗时较长，人工费用过高，而且也只能做简单的外观展示，无法还原设计师的设计理念，更无法进行物理测试。3D打印可以方便、快速、精确地制作建筑模型（图1-22），展示各式复杂结构和曲面，百分百还原设计师的创意，并可用于外观展示及风洞测试，还可在建筑工程及施工模拟（AEC）中应用。有的巨型3D打印设备甚至可以直接打印建筑物本身（图1-23）。

图7-14　井震联合恢复的沙二下中部原始古地貌

图1-22　3D打印还原创意积木游戏《我的世界》建筑模型

图7-15　井震联合恢复的沙二下底界面原始古地貌

图1-23　亮相苏州的3D打印豪华别墅

7.教育

3D打印技术在教育领域也可以大有作为，可以为教学提供模型，用于验证科学假设，可以覆盖不同的学科实验和教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印技术已经被用于教学和科研（图1-24）。

图1-24　课堂上的3D打印演示

8.个性化定制

3D打印技术可以使人们在提供模型数据的条件下，打印属于自己的个性化产品，电子商务可以在基于网络数据下载条件下提供个性化打印定制服务。当然，这也会涉及一些诸如知识产权等的法律问题，有待完善。

以上虽然罗列了3D打印技术应用的诸多方面，但是目前还有许多困难没有得到完美解决，限制了它的普及和推广。未来随着3D打印材料的开发，工艺方法的改进，智能制造技术的发展，新的信息技术、控制技术和材料技术的不断更新，3D打印技术也必将迎来自身的技术跃进，其应用领域也将不断扩大和深入。