3d打印技术的优势和发展前景

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3d打印技术的优势和发展前景

3D打印技术（3D printing），是快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。

一、3D打印技术简介

3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造（AM，Additive Manufacturing）。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。

目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统依赖的精细加工工艺。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。如2017年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作，尝试以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官，是医学领域具有重大意义的创新。

二、3D打印技术及产业国际国内发展现状

（1）国际情况

经过十多年的探索和发展，3D打印技术有了长足的进步，目前已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。

目前，在全球3D打印机行业，美国3D Systems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外，在此领域具有较强技术实力和特色的企业/研发团队还有美国的Fab@Home和Shapeways、英国的Reprap等。

3D Systems公司是全世界最大的快速成型设备开发公司。于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司2017年与传统打印行业巨头惠普公司签订了OEM合作协议，生产HP品牌的3D打印机。继2011年5月收购Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前，国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。

目前在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。另外，3D打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案，以3D打印技术制成实物产品并通过电子市场销售，每年能够推出60种创新产品，年收入达到100万美元。

（2）国内情况

自20世纪90年代以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势；华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料；西安交通大学自主

研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到0.2mm；中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言，国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。

近年来，国内如深圳维示泰克、南京紫金立德、北京殷华、江苏敦超等企业已实现了3D打印机的整机生产和销售，这些企业共同的特点是由海外归国团队建立，规模较小，产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。目前，国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求，技术水平有待进一步提升。在服务领域，我国东部发达城市已普遍有企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务，其服务范围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。与内地相比，我国港台地区3D打印技术引入起步较早，应用更为广泛，但港台主要着重于技术应用，而非自主研发。

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（3）3D打印产业的未来发展前景

根据国际快速制造行业权威报告《Wohlers Report 2011》发布的调查结果，全球3D打印产业产值在1988～2017年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，3D打印产业未来仍将持续较快地增长，到2017年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元。

但3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。 Gartner公司2011年发布的最新技术发展展望报告判断：3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，其技术还有待充分成熟，主流市场也有待进一步培育。Gartner公司研究人员认为，3D打印技术成熟到适应市场需求还将需要5～10年的时间。在这一较为漫长的发展过程中，产业可能会面临增长期望落空、技术遭遇瓶颈以及投资撤离等风险。

总之，从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景，但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离，对于3D打印市场规模的短期发展不宜过分高估。因此，现阶段产业界对3D打印领域的投入应以加强创新研发、技术引进和储备为主，尤其要重视自主知识产权的建设和维护，争取在未来的市场竞争中占据有利地位。如受到概念炒作影响，在技术尚未充分完善的现阶段大规模投入产能扩张，则投资回报将面临着较大的风险。

（4） 3D打印技术未来发展的主要趋势

随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。

提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求；软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造；拓展3D打印技术

在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。

3D打印技术的发展前景2017-04-07 06:52 | #2楼

3D打印技术是最近新兴的技术，对很多行业的经营方式和我们生活的方方面面产生了一定影响，而且还将触发新一轮的工业革命，具有良好的发展前景。

一、减少环境污染

3D打印技术能有效地减少制作过程中所产生的垃圾和二氧化碳，从而给环境带来积极的影响。除了可以减少材料浪费外，由于3D印刷基本都是按需取材，使用的材料主要有塑料长丝、金属粉末等，甚至还有一些采用熔融沉积造型技术的打印机可利用可降解塑料来进行生产。因此大大减少了材料浪费。除此之外，3D技术可以让人们更方便地生产出替代零件，从而延长整个产品的使用寿命，避免其在出现零件故障的时候就被扔掉。

二、创造新的艺术媒介

3D打印机的出现则为人们带来了一种新的现代艺术形式。比如美国艺术家约书亚·哈克就曾在2017纽约3D打印展上展出过自己的3D打印镂空雕刻系列作品。此外，3D打印机还可以用来复制世界名品，让更多的人欣赏到艺术大家的作品。位于荷兰首都阿姆斯特丹的梵高艺术馆就与富士胶片公司合作复制了一大批梵高的画作。

三、实现太空打印

3D印刷技术的一项重要应用就是能够生产宇航员在太空中使用的零件及其他物品。它还有助于加快国际空间站的建设速度。为了解决这些问题，由一群3D打印爱好者组成的空间制造公司与美国宇航局的马歇尔航天飞行中心合作推出了一款适用于太空的3D打印机。这款打印机可以在失重的情况下生产零件，从而使宇航员在太空中的工作和生活变得更加自给自足。

四、掀起制造业革命

大批量生产对3D印刷技术来说是一项艰巨的挑战，但随着高产型打印机的涌现和技术的不断进步，3D打印机正在以下领域与传统制造技术一决高下。食品。一切液体或粉末状的食品都可以用3D打印机来进行生产，所以印刷食品会成为将来的一个热门话题。军队。军工用品通常都是定制的，而且经常要更新换代。目前市场上已经出现了3D打印的枪支，而这项技术在军队的全面应用也只是一个时间问题。电子。电子产品的尺寸、形状和所用材料决定了它将成为3D印刷技术最容易攻下的一座城池。玩具。家用3D打印机和开放的设计资源将改变孩子们的游戏方式。汽车。3D印刷技术已经在汽车制造业得到了广泛应用。福特公司就宣布正在用3D印刷技术来测试零件。高端和小型的汽车公司也将从中受益，因为3D印刷技术可以有效提高任何一家公司生产零件的效率。

五、重塑医疗保健行业

生物印刷是3D印刷发展最快的一个领域，这项技术可以通过喷墨打印机生产出活性组织。相关研究人员表示，他们已经找到了一种更有效地制造细胞的方法。这种名为“细胞块”打印的技术能将细胞的存活率从现行方法的50%~80%提高到100%。所有这些都引起了人们对3D打印复杂器官的浓厚兴趣，但由于此项目涉及道德、伦理和政治等诸多问题，因此势必会引起人们的激烈争论。

六、改变家庭生活方式

家用3D打印机也在变得越来越小巧，越来越便宜。人们可以用这类打印机制作自己喜欢的珠宝、家居用品、玩具、工具和各种尺寸、形状或颜色的物品。

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