3D打印技术发展综述

3D打印技术发展综述（共11篇）

3D打印技术发展综述 篇1

引言

3D打印技术是新兴的制造技术。就其技术特征而言, 一是依据三维CAD设计数据, 采用液体、粉末、丝、片等材料逐层累加的方式制造实体零件, 故也称作增材制造技术;二是不仅可以制造出任意复杂形状的零件, 还大大减少了加工工序, 缩短了加工周期[1], 故也称作快速成型技术。3D打印技术为21世纪最具代表性制造技术之一, 使制造工艺、技术、模式产生了根本性变化, 越来越受到工业界和投资界的关注, 不仅推动了经济发展, 也影响着人类生活方式。目前, 3D打印技术已在多个领域, 如电子产品、工业设计、汽车、航天、建筑、生物医疗及珠宝首饰、鞋类等领域的个性化定制得到应用。

由于多方面的瓶颈与挑战, 3D打印技术的进一步扩展应用仍受到限制。推动其发展并扩展其应用领域方面, 该技术正在朝着提升打印速度和精度、扩展或开发新材料的方向上发展。本文在技术、材料等方面进行了探究分析。

1 3D打印发展趋势

3D打印技术的局限与挑战主要表现在:一是速度、效率和精度存在严重冲突, 3D打印速度提升的同时打印成品精度不尽人意;二是受打印机工作原理的限制, 考虑了打印精度的同时打印效率远不适应大规模生产需求;三是由于打印材料的制约, 很多金属材料、陶瓷材料等打印件相比传统工艺仍存在致密度低和内应力大等问题。3D打印的成型材料多采用有机高分子材料, 选择局限性较大, 成型品物理特性较差[2]。

看到3D打印技术和产业的发展前景, 大企业致力创新高效、高精度的打印技术发展, 主要有四种:一是CLIP技术, 即“连续液界面生产工艺”;二是Poly Jet技术, 即光固化三维打印;三是MSL技术, 即微立体光刻;四是超材料打印技术。

2 技术研发

2.1 高速度、高精度的光固化3D打印 (CLIP)

现有光固化成型方法是利用液态树脂, 层层构筑物体结构, 即先打印一层, 矫正外形, 再灌入树脂, 再重复之前的步骤, 打印速度和精度不可兼得。2015年3月20日, Carbon3D公司的Tumbleston等人在美国Science杂志上发表了一项具有颠覆性的3D打印新技术[3]:CLIP技术, 即“连续液界面生产工艺”, 其工作原理为:在底部有一个能通过紫外线和氧的窗口, 紫外线使树脂聚合固化, 而氧气起阻聚作用, 这两个矛盾体使得靠近窗口部分的树脂聚合缓慢仍呈液态, 这一区域称为“死区”。“死区”上方树脂在紫外线作用下固化, 已成型的物体被工作台上移, 树脂连续固化, 直到打印完成为止, 如图1所示。CLIP技术在提高了精度的同时, 打印速度可以提升100倍。

2016年4月, 3D Systems公司展示了一款全新的工业级立体光固化成型 (SLA) 3D打印机——Figure4[4], 打印过程包括一系列的流水线式3D打印及打印后期处理, 显著特征是使用了一个机器人手臂。打印原理与CLIP有些类似:液态光敏树脂在光源的照射下逐层固化成3D打印件, 同时被作为打印平台的机械臂末端自下而上快速拉出。由于光源和树脂之间存在一种专业膜, 这个过程只需数分钟, 如图2a和图2b所示。如果可以创建一个该设备的阵列, 将进一步缩短制作时间, 实现SLA部件的大规模制造。

2.2 多颜色、多材料的混合3D打印 (Poly Jet)

传统3D打印的单调颜色和单一材质已不能满足人们的需求。特别是在消费品、个性化定制、服饰鞋类等领域, 能够实现多色彩、混合材料设计与制造的3D打印技术将成为突破关键。目前, 实现多颜色、多材料打印的有粘结剂三维打印和光固化三维打印, 前者通过喷射不同颜色的液体粘结剂将粉体材料粘结, 打印出彩色模型;后者由喷嘴喷射液态光敏树脂, 再采用紫外光固化来成型。如原Objet公司推出的Poly Jet技术即是光固化三维打印, 可在机外混合多种基础材料, 得到性能更佳的新材料, 而且通过不同颜色树脂的混合, 可以打印上百种色调。在Poly Jet的基础上, 后来推出了Poly Jet Matrix技术, 可以同时喷射不同型号材料, 结合两种基础材料的特性从而生成复合材料, 也可在单个建造工作中打印具有不同机械和物理性能材料组成的零部件。

美国Z Corporation公司基于粘结剂三维打印技术最先推出全真彩色原型件打印设备。3D System公司基于Poly Jet技术的高端机型Pro Jet 660Pro和Pro Jet860Pro可以使用CMYK (青色、洋红、黄色、黑色) 4种颜色的粘结剂, 实现600万种以上的颜色。

美国麻省理工学院研发出了一种“多种制造”系统[5], 通过喷墨打印头的微液滴混合了光敏聚合物, 不仅能够一次打印10种材料, 而且可自我校正, 保证打印精度, 更是能够将复杂的电子器件直接植入对象。该研究团队已经使用该系统来打印智能手机、LED镜头等物品。

2016年4月, Stratasys发布了最新的多材料全彩3D打印机J750[6], 如图3所示。这款机器有6个喷嘴, 能够实现36万种颜色深浅不同、软硬不同和透明度不同塑料的3D打印, 并且可以将多种材料一次打印出来, 而不用分别打印再组装, 相对传统的消费品和鞋类制造, 效率大大提高。J750最小打印层厚度可达14μm, 打印出的原型几乎与真正产品一样。

多颜色的3D打印技术能够直接获得产品设计的彩色外观, 而不需要后处理流程;多材质的3D打印技术能够将不同性能的材料构建于同一零件上, 缩短加工流程、减少装配、提高性能[7]。多材料、多颜色3D打印颠覆了传统设计和创意过程, 使得设计者和制作者以之前无法想象的创新方式创建产品, 以满足人们对产品外观和性能的需求。可以预见, 该项技术在消费领域、教育行业、个性化定制以及珠宝首饰、柔性电子设备、可穿戴传感器等领域有着巨大优势。相对粘结剂三维打印, 光固化三维打印没有粉末材料系统, 其产品表面精度高, 无台阶感, 更具发展优势, 而喷头和光敏材料的开发将是以后的研究方向。

2.3 金属材料功能零件的3D打印 (MSL等)

与非金属材料的原型制造相比, 金属材料3D打印的目的是直接制造, 其打印工艺包括选择性激光融化成形 (SLM) 、激光近净成形 (LENS) 、电子束快速成形 (EBRM) 、聚能光束制造技术 (DLF) 等。目前, 3D打印的一些金属材料要具有与传统技术成型的金属材料相当的甚至更好的性能, 还要解决精度和表面粗糙度、内应力大、致密度低以及内部组织缺陷等问题。

各大高校、研究所对以上问题做了大量研究, 北京航空航天大学王华明团队突破了激光快速成形TA15钛合金大型结构件内部缺陷和内部质量控制及其无损检验关键技术, 研究结果表明飞机构件综合力学性能达到甚至超过钛合金模锻件水平[8]。西北工业大学黄卫东团队在研究激光立体成型技术工艺的同时, 进行了成型件微观组织形成规律的研究, 在进一步严格控制工艺条件的基础上, 获得了具有定向乃至单晶组织的试样, 并在总结优化工艺后, 获得了不同合金的激光立体成型件, 成型件内部致密, 表面质量良好无缺陷[9]。

3D打印并非传统技术的一个替代或补充。将3D打印快速成型的优势与传统技术优点结合起来, 则是复合制造技术, 对难加工的复杂形状高性能零件是一条新路径。华中科技大学史玉升团队将SLM与HIP (热等静压) 技术相结合, 可在短时间内将粉末致密化为近净成形或局部成形的复杂高性能零件[10]。华中科技大学张海鸥团队开展了等离子体激光复合直接成形的弧柱形态与成形特性的研究, 得到了激光对等离子弧形态有重要影响, 且可提高直接成形精度的结论[11]。

复杂形状金属功能零件在航空航天、国防、能源、交通等尖端支柱领域具有重要应用, 金属零件通过3D打印技术直接制造是先进制造技术的重要发展方向。一部分高性能的金属零件可通过3D打印直接制造, 但其性能和精度还需进一步提升, 目前可采取的措施主要有两个方面:一是通过调整3D打印设备的工艺参数, 比如铺粉工艺、扫描定位技术、能量束密度大小等控制金属成型件的性能;二是将金属3D打印与传统成型技术结合, 相互取长补短。

未来, 开发高效率、高性价比、大范围和结合传统机加工方法的SLM设备, 是金属3D打印的发展方向之一。

2.4 超材料、功能梯度材料的3D打印

“超材料”是指具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。如果对材料的关键物理尺度上的结构进行有序设计, 可以使材料突破某些表观自然规律的限制, 从而获得超出自然界固有的普通性质的超常功能材料。功能梯度材料是选用两种 (或多种) 性能不同的材料, 通过连续地改变这两种 (或多种) 材料, 使其组成结构和性能 (物理、化学、生物单一或综合性能) 在材料厚度或长度方向连续或准连续缓慢变化, 以实现某一特殊功能。这种非均质复合材料称为功能梯度材料。

3 D打印技术是通过材料“逐点累积形成面, 逐面累积成为体”制造实体零件, 这一成形原理给材料微观结构设计制造提供了契机, 使超材料和梯度材料制备更容易进行。西安交通大学的李涤尘等通过控制激光金属直接成形过程环境温度等工艺参数, 控制了零件内部组织定向结晶组织的形成[12]。美国NASA喷气推进实验室的研究人员采用激光沉积 (LD) 和旋转沉积相结合的方法, 实现了样件的成分梯度从中心沿径向成放射状改变, 通过有目的性的梯度组成改变了零件的机械及物理特性[13]。

微立体光刻 (MSL) 是在传统3D打印工艺——SLA基础上发展起来的一种新型微细加工技术[14], 它是在微观尺度上进行的3D打印, 精度极高, 不仅可以3D打印一般物体, 而且能够打印出该物体的微观结构。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和麻省理工学院采用面投影微立体光刻技术, 通过对材料内部结构的设计, 打印出重量极轻、强度和硬度非常高的超材料[15], 其中一种具有微架构的超材料, 具有1万倍以上的刚度, 并且可以用各种材料, 如金属或聚合物3D打印而成。

材料的微观组织和结构对其性能有决定性作用, 传统制造技术只能在宏观上进行结构设计与制造, 无法满足人们对材料性能的更高要求。微立体光刻3D打印技术通过实时精确控制打印工艺参数和送进材料的组成和组分, 实现同一构件上均匀材料或多材料的任意复合, 以及超材料和梯度材料的制造, 在微观到宏观尺度上实现同步制造, 实现性能—材料—结构一体化[1], 使材料更强、更硬、更轻。可以预见, 超材料应用前景非常广阔, 比如可以打印移动设备的电池、自行车车架、汽车零部件、航空航天工程件、假肢等。3D打印技术本身就与材料科学息息相关, 所以超材料的产生又必将反哺并推动3D打印技术的发展。

3 技术比较与特点

为了突破目前3D打印技术的发展瓶颈, 新型3D打印技术或是在传统3D打印技术工艺方面加以发展或改进, 或是将几种传统3D打印工艺进行整合, 或是将3D打印技术与传统制造技术相结合。通过比较, 各自特点包括:

C L I P具有速度快、精度高和力学性能优等特点。CLIP与SLA技术比较, 原理都是光固化成型。然而不同之处在于, CLIP的固化层下面存在液态“死区”, 使树脂层可以被切得更薄, 从而从树脂材料中逐出模型;而传统的SLA需逐层打印。因此, CLIP技术可以同时提高打印速度与精度。

Poly Jet具有精度高、支持多材料多颜色打印, 以及环保等特点。Poly Jet是将三维喷射技术与光固化相结合, 相比传统的SLA, 由于液态光敏树脂是以小液滴形式喷射, 产品表面精度高, 无台阶感。重要的是Poly Jet技术通过不同材料、颜色的混合, 从而实现多材料多颜色打印。

MSL具有成本低、效率高、图形化面积大等特点, 相比传统SLA技术, 由于采用更小的激光光斑 (数μm) , 树脂在非常小的面积发生光固化反应, 在微观尺度上进行材料3D打印。微立体光刻采用层厚通常是1~10μm。

金属材料3D打印与传统减材制造技术相结合的复合制造技术, 既在一定程度上提升了传统制造工艺的速度、简化了复杂形状成型件的加工, 又弥补了金属材料3D打印成型质量和精度不高等缺陷。

CLIP、Poly Jet及MSL都是由SLA发展而来, 目前打印材料主要是光敏树脂, 但各自有侧重点:CLIP致力于提高打印速度与精度;Poly Jet侧重打印多色多材料;MSL是通过微观打印从而控制材料微观结构, 而金属材料的3D打印基于高能束熔融成型。

4 结语

随着先进技术、多样材料和智能软件的快速发展, 3D打印技术不仅有了实用产品, 有的领域已有较大的产业规模, 呈现良好发展前景。本文从提高3D打印速度和精度的新技术、多颜色和多材料的混合一次打印、金属零件的直接打印和超材料的打印几个方面介绍了3D打印技术未来的发展趋势, 并进行了技术对比。可以预见, 未来3D打印将不断攻克技术瓶颈, 应用越来越广, 极大改善人们的生活。

摘要：3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一, 被应用于多个领域, 并逐渐惠及百姓。介绍了几种最新的3D打印技术, 与传统技术进行了比较, 并分析了各自的特点。这些技术很大程度上克服了成型效率不高、成型精度低、成型材料单一等局限性。3D打印技术的发展趋势, 值得相关研发单位高度重视, 以取得更进一步的革命性突破, 促进产业化发展。

关键词：3D打印技术,快速成型,发展趋势

3D打印技术发展综述 篇2

姓名：陈芷杨 年级：13级机制2班 学号：201330230203 摘要：美国学者杰里米·里夫金出版了《第三次工业革命》一书,在书中全面分析了第三次工业革命的全球性影响,他提出互联网、绿色电力和3D打印技术正引导着“第三次工业革命”。近年来，3D打印技术也开始在我国流行开来，印发了一股迅猛发展的潮流，各大高校以及各大大型也纷纷开始研究3D打印技术，希望在这次的潮流中获得一席之位，抢先一步掌握这一门引导“第三次工业革命”的技术。我们国家已经错过了第一次和第二次工业革命，虽然40年来一直奋起直追，但是我国的工业水平仍然与发达国家有着相当大的差距，仍然无法摘下那顶“Made in China”帽子。据中国3D打印技术产业联盟数据预估,至2016年中国将成为全球最大3D打印机市场。这是一份机遇也是一份挑战。本文以3D打印技术在中国的发展现状作为研究对象，对比国内与国外3D打印快速成型技术的差距，分析3D打印在我国的发展前景。

关键词：3D打印技术；发展现状；发展前景；措施与制度； 正文：

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以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打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

3D打印技术分许多种，目前市场上的快速成型技术分为3DP 技术、熔融层积成型技术、立体平版印刷技术、激光烧结技术、激光成型技术和紫外线成型技术等等。3D技术该技术在珠宝、工业设计、建筑、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、军事以及其他领域都有所应用。可惜的是目前为止一些高端的民用3D打印技术仍然掌控在国外的几家龙头老大的公司里面，我国民间在3D打印技术的研发方面与国外有着很大的差距。不过好消息是据英国《简氏防务周刊》网站2月24日报道，中国人民解放军已研制出首幅使用3D打印技术的地形图，另外我国早在2000年前后，中航激光技术团队就已开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发，解决了多项世界技术难题、生产出结构复杂、尺寸达到4米量级、性能满足主承力结构要求的产品。这些都可以说明了我国对3D打印技术的重视程度与投入程度，可惜的是，我国掌握的这些技术主要是在军事方面，还无法投入工业的实际制造中。3D打印快速成型技术的专利申请量趋势分析摇通过专利申请的分析,可揭示3D打印技术领域的历年专利申请及技术研况,从而掌握其技术发展趋势及全局动态。对检索到的国内外3D打印技术领域的专利申请量进行统计,结果见图

国内自20世纪90年代初才开始涉足3D打印技术领域,从图中可以看出,在1999年之前专利申请量较少,说明当时我国3D打印技术还处于时萌芽期,没引起足够的重视,是这也受到我国高科技技术人的缺乏以及3D打印技术研发成本高等方面的约束。2000-2007年间,专利申请量开始稳步增长,进入平稳增长期,2007年之后专利申请量快速增长,直到2011年国内申请量达到了20年来的最高峰,说明我国目前主要处在研发的快速成长阶段。

从国内外趋势线上反映的总体态势看,我国与国外技术发展差距近10年,处在不同的发展时期。这与研发者的学术敏锐、研发模式及国家层面的重视有关。因此,我国需加强政策扶持,加大研发投入,不断进行技术研发创新,逐步向产业化迈进,缩小与国外的差距

此外，环扫国内，桌面式3D打印市场基本处于仿制国外技术资源的阶段，拥有自主研发技术的公司并不多。值得关注的是，开源策略发生了变化，这对于国内多数的品牌3D打印机仿制者来说并不算是什么好消息，而逐步走向自主研发的道路也是必然的趋势。虽然这场变化基本在多数仿制者的意料之中，但是其发生时间却要比预期快很多。除此之外，我们国内用户与海外用户在对产品的态度也有着完全相反的态度：国内用户更为讲究实际和效果。在欧美地区，多数用户购买桌面式3D打印机是源自于个人兴趣，而国内用户主要是以工作为主。这也就是说，国内用户更加注重3D打印机的效果和稳定性，因此对于产品的小毛病都会嗤之以鼻。目前3D打印出来的成品在外观和尺寸上比从传统制造行业流程走出来的产品要差不少，国内3D打印制造商仍然需要不断的提高打印精准度，甚至加入打磨功能。

3D打印技术在国内没能够有大发展的另一个原因在于，国内3D行业“小而散”的局面影响了产业的推广。目前，我国在3D快速成型技术上的设备、材料及应用领域与国外尚有差距，而活体组织打印是未来重要方向发展3D打印技术。

其实由上图可以看出我国其实起步并不晚。这方面的研究在上世纪80年代末就已开始，研究力量集中在西安交通大学、华中科技大学和清华大学等高校。目前，这3所高校仍是我国3D打印技术的研究重地，其中西安交通大学侧重研究光固化技术，华中科技大学的优势在于激光粉末烧结技术，而清华大学则侧重塑料堆积技术。我国生产的3D打印机装备功能已经接近国际先进水平，两者的差距主要体现在装备的可靠性和材料研发上。“部分3D打印机的关键器件需从国外进口，而用国产零件生产的打印机稳定性不够。”此外，我国在材料质量和品种上还远不如美国、德国丰富，许多研发的实验材料也需要进口。这些方面也导致国内对3D打印技术的研发成本大大的提高了，也是阻碍我国推广此项技术的绊脚石。

据华中科技大学材料科学与工程学院教授史玉升说，国内与国外虽然还有不小差距，但3D打印技术已经算是我国制造行业与国外先进水平差距很少的技术之一，部分领域几乎同步，在某些方面还具有自身特色和一定的优势。北京航空航天大学的王华明教授曾打印出世界上最大的钛合金复杂构件，产品整体性能远超锻件。值得再次提起的是我国的“3D激光焊接快速成型技术”已经是超越了美日，在国际上也是领先的水平。

目前不仅是在我国，在国际上3D打印技术也面临着一系列的问题：首先是缺乏宏观规划和引导。3D打印技术涉及的各大领域，也属于新能源新技术的研发行列中年，但在在我国工业转型升级、发展智能制造业、进入创新型国家的相关规划中，对3D打印这一交叉学科的技术总体规划与重视不够。此外，企业对技术研发投入也明显不足。我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备，但企业规模普遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多具体环节，存在较大缺陷，难以完全满足产品制造的需求，而占据3D打印产业主导地位的美国3Dsystems、stratasys等公司，每年都投入1000多万美元研发新技术，研发投入占销售收入的10％左右。两家公司不仅研发设备、材料和软件，而且以签约开发、直接购买等方式，获得大量来自企业外部的相关细分技术、专利，已掌握一批关键核心技术。还有就是缺乏教育培训和社会推广。目前，企业购置3D打印设备的数量非常有限，应用范围狭窄。在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中，缺乏与3D打印相关的必修环节，3D打印停留在部分学生的课外兴趣研究层面。

为了在这场潮流中夺得先机，推动我国3D打印技术产业化、市场化进程，加快与国际间的对话交流，促进3D打印技术与传统制造技术的有机结合，由亚洲制造业协会联合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业共同发起的中国3D打印技术产业联盟于2012年10月15日在北京宣告成立。中国3D打印技术联盟是全球首家3D打印产业联盟，标志着我国从事3D打印技术的科研机构和企业从此改变单打独斗的不利局面，有利于尽快建立行业标准，集中展示我国3D打印技术的良好形象，也便于加强与政府间或国际间的广泛交流。

中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军表示未来3至5年是发展关键时期，工业级打印将成主要市场。据罗军估计，产业联盟成立后，国内3D行业统一了抱团发展的思想，未来3年内有望达到百亿产值。而市场缺口打开后，国内3D打印技术市场规模将保持至少一倍以上的增长速度，有可能成为世界3D打印的中心。

结论：

发展3D打印产业,可以提升我国工业领域的产品开发水平,提高工业设计能力;可以生产复杂、特殊、个性化的产品,有助于攻克技术难关;可以形成新的经济增长点,促进就业。面对新的生产方式变革和发达国家大力推进的“再工业化战略”,我国也应高度重视3D打印等新型数字化制造技术的研发和产业化,加大人才培养、市场培育和应用推广的力度,努力在数字化革命和智能制造的“机会窗口”前取得3D打印产业发展主动权。参考文献：

(1)作者：王德花,马筱舒 《需求引领 创新驱动——3D打印发展现状及政策建议》 2014年08期

(2)作者：王忠宏，李扬帆，张曼茵《中国3D打印产业的现状及发展思路》2013年01期

(3)作者：刘红光，杨倩，刘桂锋，刘琼《国内外3D打印快速成型技术的专利情报分析》2013年06期

(4)作者：Ji De Zhang，Shu Fang Wang,Yan Hui Luan《Analysis of 3D Printing Technology in China-Taking Avic Heavy Machinery Co.,Ltd(600765)as an Example》

(5)作者：Jianzhong Cha,Shuo-Yan Chou,Josip，Stjepandi&cacute,Richard Curran,Wensheng Xu,Na Qi,Xun Zhang,Guofu Yin《Opportunities and Challenges of Industrial Design Brought by 3D Printing Technology》2014年

(6)作者：杨永强，叶梓恒，王迪，宋长辉，刘洋《3D打印设备国内产业化可行性分析》华南理工大学机械与汽车工程学院——2013年08期

(7)人民日报—— 2013-05-31——《我国3D打印与世界先进水平有哪些差距？》

(8)中研网——2014/12/19——《分析：我国必须尽快掌握3D打印核心技术》(9)百度百科——《3D打印技术》http://baike.baidu.com/link?url=GayNxtuH-1JTQ6rK9-EX8bBYYQGYsmMX7WIRXB9rPwvH9nIL5OjNIFFpIYHE9WM-VRtTTtIW4dnEi3vmpTtBa7OgHybf3bUUftPpL9fQ17dL9A0W8dlWY69M874f9M91f4tonL4Mz16qg9_G2dGWqWwO_3epngC20n2p6zWS8JoMUf5WU6b-OC2ag0fMqU1x(10)作者： 王忠宏，李扬帆《3D打印产业的实际态势、困境摆脱与可能走向》 国务院发展研究中心产业经济部，清华大学经济管理学院——2013年08期

3D打印技术发展的哲学思考 篇3

摘要：近年来，美欧等国政府以及航空制造商动作频频，以期促进3D打印技术在更多领域的应用。随着我国综合国力的增强，剖析先进制造技术发展的内在动因和各种要素之间的关系显得尤为重要，本文拟从3D打印技术的本质、发展动因、先决条件、基本源泉和普遍规律等方面入手，探讨3D打印技术发展的哲学问题。

关键词：3D打印；技术；科技哲学

科学技术哲学是关于科学技术的哲学理论，是对科学技术的历史成果和科学技术活动的哲学反思。长期以来，由于历史与现实的诸多原因，我们对于技术的发展更多关注的是“其然”，而不是“其所以然”。目前，新一轮工业革命正在酝酿之中，其中一些先进国家非常具有代表性的做法，比如德国工业4.0、美国工业互联网、日本工业4.1J。为了可以在新的一轮工业革命中占得先机，我国也制定了“中国制造2025”战略，加强统筹规划和宏观部署，以智能制造为重点、发展高端制造，拟通过10年的努力，使中国进入世界制造强国，提升我国对美、欧、日等先进工业国家的战略竞争力。实现数字化智能制造的关键技术有人工智能、智能机器人、3D打印技术等，在新一轮工业革命中，3D打印必然将迎来自己的蓬勃发展期，迫切需要从哲学层面思考和回答大量的“所以然”问题。

一、3D打印技术的本质

在科技哲学视野下研究3D打印技术，其技术本质是我们必须要探讨的最基本问题。“质”是某一事物区别于其他事物的内在规定性。“本质是决定物质体系发展的主要特征和趋向的一些深刻联系、关系以及内在规律的总和。”所以，只有真正理解3D打印技术本质，才能确切理解3D打印技术与人，技术与世界的本源关系，才能真正了解3D技术。

对于技术的本质，我们很难用一句话概括出来。马克思、恩格斯始终从普遍联系、辨证发展的原理考察技术，把技术与生产密切结合起来，从生产力和它们之间的相互关系两方面论述了技术的本质。马克思认为，“技术是人的本质力量的对象化的产物。它是人类征服自然和改造自然的劳动手段，是一种生产力。”技术作为一种潜在的生产力，不仅使劳动工具和设备得以改进，扩大了劳动对象，而且还提高了劳动者素质，提升了劳动生产率。从3D打印技术的产生与发展来看，3D打印技术起步于20世纪80年代末，早些年该技术主要应用于专业化的工业设计与生产。随着现代科技的不断发展变更，其应用领域得到不断的扩展与深化，直到上世纪90年代中期，3D打印技术开始逐渐进入大众的视野。

事实上，3D打印技术是一种利用三维模型数据，通过材料的逐层累加，将数字化电脑模型变成固态物体的一系列技术，可以大幅降低工装模具需求，减少材料消耗，缩短制造时间，还可以成形常规方法无法实现的新颖零件和复杂结构。由此可见，3D打印技术的发展将会深刻影响先进制造业、工业设计业、生产性服务业、文化创意业、电子商务业及制造业信息化工程。当今，越来越多的产品可以不断被3D打印技术出来，背后隐藏着诸多社会规律、经济规律和自然规律。从这个角度上看，3D打印技术的应用发展将会拓展人类视野，会是人类新的生产力性质和水平的标志。

综上，3D打印技术是合目的性的自然物质运动规律发展的产物，是主体要素和客体要素的统一，同时技术本身也经历了一个从潜在形态到现实形态的发展过程，体现了现代社会生产力性质和水平，完全符合技术的基本属性。

二、3D打印技术发展的根本动因

一般来说，制造技术的创新主要由材料、工艺装备、软件等基础技术的进步而推动。近年来，智能设备、高性能计算、大数据等技术的发展进一步推动了制造业向精益化、智能化、柔性化、敏捷化的方向创新发展，在多个领域掀起了制造模式的变革。一直以来，先进装备的发展对制造技术影响最广泛的四个特征就是：系统结构日益复杂、先进材料日益增加、研制周期日益紧迫、成本要求日益严格。由于传统技术无法解决新的挑战，因而制造技术创新的原则非常明确，那就是在制造的三个核心环节——成形、加工、装配——中植入能够改变现有模式的新方法、新手段、新设备，形成突破传统的创新技术领域，为先进装备创新的实现提供保障。目前，这些新的领域主要包括3D打印技术、复合材料非热压罐成形技术、自适应加工技术、自主化装配技术、智能人工增强技术。在过去的20年中，3D打印的技术创新可以称之为利用最少量的因素影响整个经济体系，继而成为全球化体系的。在这个过程中，现实需求是技术发展的前提与基础。一旦有了需求，技术能否发展以及如何发展，则取决于技术自身的发展状态，即技术能否满足当前及未来一个时期的现实需求。因此，可以说技术创新发展驱动的根本原因就在于事物自身内部的矛盾性。

（一）设计自由度与制造可行性之间的矛盾

高性能产品的结构越来越复杂，个性化、新颖设计的自由度越来越高，传统减法式的制造工艺难以实现这些设计，对于设计与制造的要求也越来越高，拓扑优化、薄壁轻质结构、复杂的三维形状、革命性的微结构、功能梯度材料结构等复杂的设计和制造问题都对传统制造方法提出了新的要求。以拓扑优化技术与3D打印技术联合，实现在结构形成过程中植入传感器和布线，或者接合部件以节省时间和金钱、减少节点或者其他可能导致失效的接头数目。为节约材料，自然界与工程界大量采用轻质薄壁的结构形式，作为发生冲击碰撞等突发事件时的缓冲吸能结构。同一产品由于服役环境不同，对于自身材料提出新的要求，可以沿某一维度呈现功能梯度变化，使材料的物理、化学和力学性能在空间上具有相应梯度变化。上述的种种设计和制造问题，都是新时期产品发展过程中所必须面临和解决的新问题，与之相应的就是要求出现新的技术来解决这种矛盾。任何一種技术的发展与使用都是与其时代特征匹配，正是这种矛盾的冲突推动了新技术的创新发展。

（二）研制周期与市场先机之间的矛盾

借助CAD软件的数字化建模功能，3D打印技术可以直接将数字化模型利用3D打印机，制造出三维的部组件，极大缩短了研制周期，同时，这种数字化文档还可以借助网络传递，实现异地制造，快速占领有潜力市场。3D打印制造工艺流程短、全自动、可实现现场制造，无需工装模具，整体一次成型，直接制造更快速、更高效，设计生产周期往往可以提升一倍，复杂、个性化产品研制周期漫长，在技术趋同的形势下可以更快抢占市场先机。着眼于历史的发展，正是由于技术的从简单到复杂，从低效到高能，从单一到体系的发展，从而推动了整个制造业的不断发展、日臻完善。

（三）经济性盈亏的矛盾

结构设计中，3D打印技术可以优化产品设计，提升复杂结构设计的完整性，同时还可以根据设计需要，快速制作模型，检验是否满足用户需求，避免重大设计更改和技术状态变更；在制造过程中，不仅可以提高制造环节材料使用率，大幅缩短研制周期，降低生产成本。无论设计还是制造环节，材料利用率、研制周期、生产成本几个要素平衡发展，都是制造业始终追求的目标之一。传统制造业可能在某一要素上可能具有相当大的经济优势，但就综合集成来讲，3D打印技术还是具有其显著经济特征的。

三、3D打印技术发展的条件

技术的产生和发展一般都是在一定条件下发生的，大体应该包含物质条件、知识条件和人的条件，某种角度上说，这三方面因素缺一不可，3D打印技术概莫能外。现代3D打印发展这几十年，正是基于这些主客观条件，呈现出有目的性的发展态势，同时也关系到了技术的发展趋势和发展速度。

3D打印技术已经存在了几十年，为什么迸发期没有在过去，而是在现在发生？首先，3D打印技术不得不等待计算机处理能力、存储和网络基础设施的改善，现在几乎任何人都可以制造、交换和使用3D打印的物品，但在20世纪80年代末和90年代初，当第一代3D打印机在市场上面世的时候，用于3D打印模型设计的个人计算机工作站造价十分昂贵，而且在互联网上交互大量数据的想法也不现实。然后到了今天，许多智能手机和平板电脑都足够强大到能够设计和存储复杂3D模型。高速互联网已经成为现实，意味着在线存储和交流3D模型不再是技术上的挑战。第二，2D打印的世界先进技术同样帮助建立了3D打印革命的基础。虽然3D打印不是以2D打印机为原型，但大部分还是类似于伺服电动机和送料机制——激光、喷墨打印头和电子控制器，硬件发展在过去20年里成为支持3D打印革命的必要条件。第三，3D打印的发展同样需要等待自身的发展以及知识的储备。一些低成本的3D打印机硬件要依靠那些使用早期3D打印机的爱好者通过创新模型的努力来完成。从某种意义上讲，从最基本的3D打印技术发展到后来确实花了些时间，这些都是知识积累的过程。第四，促进3D打印技术发展的原因是人类社会发展的数字化。十几年前，人类上网很少，拥有数字通讯和数码设备都很少，与之形成鲜明对比的是如今数十亿人在使用互联网，并且拥有数字音乐、照片和视频，现在使用3D打印机在线数字资料制作成物理模型的热情比3D打印机刚被发明出来时要高涨的多。第五，20世纪80年代末90年代初所申请的3D打印技术方面的一些专利已经或即将到期，因此现在那些阻碍3D打印的法律障碍已经越来越少了。

四、3D打印技术发展的普遍规律

唯物辩证法认为，事物发展是有规律的，规律是可以认识的，认识对于实践具有能动作用。

（一）需要可能律，技术发展的外部条件

唯物辩证法关于“现实与可能”关系论述的具体运用，揭示了装备发展与其外部条件之间的客观联系，即需求牵引、技术推动、经济支撑。3D打印技术在短短十余年取得举世瞩目的重大发展，在医疗健康、汽车工业、国防军事、房屋建筑设计、其他消费品等领域有着傲人的成绩，在生物医药领域、医学牙科等领域的市场份额不断增长，同时在大众消费的食品加工、服装配饰、玩具制造等各领域也突飞猛进。

技术的发展需要其他技术的配合与支撑。3D打印技术对信息技术、计算机科学、精密机械以及材料科学有着极其重要的依赖作用。历史表明，技术发展重大突破的时候，总是产生于科学技术发展到一定水平，特别是出现了重大科学发现或技术发明之后。与此同时，先进技术的成长还需要投入庞大的人力、物力和财力予以支持。

（二）否定完善律，技术发展的内在动力

唯物辩证法“否定之否定规律”的具体运用，揭示了技术发展与其内部矛盾的客观联系，即技术自身的不断否定与完善是推动其发展的内在动力。如前所述，这种矛盾性表现为技术与现实需求之间的不完善，具体表现为复杂设计与制造的矛盾、敏捷高效制造的矛盾、以及绿色经济的矛盾，正是这些矛盾推动了3D打印技术的不断发展，使其由不完善变得较为完善，并趋于更加完善。当然，制造业新的需求也是发展变化的，旧的矛盾解决了，新的矛盾还会产生，如此循环往复，推动了事物螺旋式上升，使其进入了更高级的发展阶段。

（三）量变质变律，技术发展的演进规律

唯物辩证法“量变质变规律”的具体运用，揭示了装备发展演进的一般规律，即技术发展是渐进式发展与创新性变革的辩证统一。技术发展是量变与质变的互动过程，表现为渐进性发展与创新性变革交替进行。渐进性发展是一种革新，是对技术的逐步改善，是量变的积累；创新性变革是彻底的革命，是技术的质变。量变是质变的条件，质变是量变积累到一定程度的最终结果。

美欧发展3D打印技术已经跳出了制造本身，开始考虑颠覆当前产品设计以及改变传统设计和材料开发流程上来，随着增材制造在大型、复杂航空结构件上应用的技术成熟度和制造成熟度不断提升，3D打印将成为航空领域主流制造技术，将航空产品设计理念带向更具颠覆性的未来。

3D打印技术应该说是当前正在进行的第三次工业革命的重要组成部分，是当代计算机控制技术和新材料技术发展的“自然延伸”，鉴于其独特的性质和优点，这项先进制造技术的研发也应受到高度重视。但是未来还会遇到许多新问题、新困难，只要我们更加自觉地站在世界观与方法论的高度分析问题、认识问题。虽然不主张3D打印技术预示着新的工业革命的到來，但并不能因此忽视它的价值。随着人类认识的不断深入和技术的不断进步，3D打印技术必将更加成熟，应用领域更为广阔。

【参考文献】

[1]乔瑞金.技术哲学教程[M].北京：科学出版社，2006.

[2]胡迪利普森，梅尔芭库曼.3D打印从想象到现实[M].北京：中信出版社，2013.

[3]Christopher Barnatt.3D打印正在到来的工业革命[M].北京：人民邮电出版社，2014.

[4]刘亚威.3D打印技术将在航空领域得到更大发展[J].国际航空，2012（10）.

3D打印技术综述 篇4

关键词：3D打印,综述,应急维修

近来, “3D打印”这个词在媒体上出现的频率极高, 不但能打印模具、自行车, 还能打印出手枪等武器, 甚至能够打印出汽车、飞机等大型设备装备。作为一种新型制造技术, 3D打印已展现出了十分广阔的应用前景, 不但在交通、医疗保健、军事以及教育等机构得到充分利用, 而且在装备设计与制造、装备保障、航空航天等更多的领域展现出了强劲的发展势头[1]。

1 3D打印的概念和原理

1.1 基本概念

与传统的减法制造工序 (通过对整块材料进行“裁剪”获取想要的形状) 相反, 3 D打印技术是一种增材制造技术 (A d d i t i v e Manufacturing) , 即通过叠加式制造工序, 根据计算机数据, 利用金属、塑料或其它材料逐层自动打印物品, 因此也称作叠加成型技术或快速原型技术[2]。3D打印机是应用3D打印技术来构造物品的设备。3D打印机具有仿真性强、速度快, 价格便宜, 高易用性等优点[3]。

1.2 基本原理

首先在电脑上设计一个完整的三维立体模型 (也称为计算机辅助性设计) , 然后把胶体或粉末等“打印材料”装入打印机, 再将打印机与电脑相连接, 通过打印设备软件读取设计绘图数据, 并将数据传输至3D打印机, 从而控制印刷头的移动与材料输出。在3D打印机工作时, 塑性模型材料细丝与可溶性支撑材料将被加热至半液体状态, 然后通过印刷头输出, 精确地沉积成极其细微的分层, 把“打印材料”和三维立体模型一层层叠加, 最终把计算机上的蓝图变成实物。

印刷头只沿水平方向或垂直方向移动, 模型与支撑材料将自下而上地构造。在构造模型时, 有了支撑材料的承托, 模型的悬挂部分能够顺利完成材料沉积。打印工作完成后, 支撑材料将会自行溶解, 还可按需为模型涂上颜料或者进行其他处理[4]。

1.3 3D打印的特点

(1) 精度高。目前3D打印设备的精度基本都可控制在0.3mm以下。

(2) 周期短。3D打印无须模具的制作过程, 使得模型的生产时间大大缩短, 一般几个小时甚至几十分钟就可以完成一个模型的打印。

(3) 可实现个性化。3D打印对于打印的模型数量毫无限制, 不管一个还是多个都可以以相同的成本制作出来。

(4) 材料的多样性。一个3D打印系统往往可以实现不同材料的打印, 而这种材料的多样性可以满足不同领域的需要。

(5) 成本相对较低。虽然现在3D打印系统和3D打印材料比较贵, 但如果用来制作个性化产品, 其制作成本相对就比较低了[5]。

2 3D打印技术

2.1 概述

3D打印技术又称作叠加成型技术或快速原型技术。它源于军方的“快速成型” (Rapid prototyping, RP) 技术, 基本原理都是叠层制造。RP技术是当今世界飞速发展的制造技术之一, 诞生于20世纪80年代后期, 是基于材料堆砌法的一种高新制造技术, 被认为是近20年来制造领域的一项重大成果[6]。它集机械工程、CAD制图、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术于一身, 可自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件, 从而为零件原型制作、新设计思想的校验等提供一种高效益、低成本的实现手段[7]。

2.2 主流技术

RP技术以其高集成、高柔性、高速性而得到了迅速发展。

(1) 3D打印成型技术。使用标准喷墨打印技术, 将液态连接体铺在粉末薄层上, 逐层创建各部件。此技术在打印成型过程中不需要使用实体或附加支持, 并且所有未使用的材料都可再利用, 所开发的3D打印成型机具有处理速度快、成本低廉以及应用范围广的特点[8]。

(2) 光固化成型法。以液态光敏树脂为材料充满液槽, 由计算机控制激光束跟踪层状界面轨迹, 使液体树脂固化, 层层叠加, 最终得到一个三维实体模型。特点是原型件精度高, 零件强度和硬度好, 可制造出形状特别复杂的空心零件, 生产的模型柔性化好, 可随意拆装, 是间接制模的理想方法。缺点是需要支撑, 树脂收缩会导致精度下降, 另外光固化树脂有一定的毒性, 不符合绿色制造发展趋势。

(3) 分层实体制造法。或称为叠层实体制造, 是根据零件分层集合信息切割箔材和纸等, 将所获得的层片粘接成三维实体。特点是工作可靠、模型支撑性好、成本低、效率高, 缺点是前、后期处理费时费力, 且不能制造中空结构件。

(4) 选择性激光烧结法。常采用金属、陶瓷、AS塑料凳材料的粉末作为成型材料。特点是材料适用面广, 不仅能制造塑料零件, 还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件, 造型精度高, 原型强度高, 所以可用样件进行功能试验或进行装配模拟。

(5) 熔融沉积制造法。又称为熔丝沉积制造, 是以热塑性成型材料丝为材料, 逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。特点是使用、维护简单, 成本较低, 速度快, 一般复杂程度原型仅需要几个小时即可成型, 且无污染[9]。

以上是一些目前市场上主流的3D打印技术, 除上述技术外, 一些大的3D打印公司在它们的基础上也研发了其他3D打印技术。

(1) Objet Poly Jet MatrixTM技术。该技术由以色列Rehavot高新科技开发区Objet Geometries公司提出, 是3D打印的一个革命性的突破, 可以为普通消费品、电子消费品、汽车及其他制造商就双色注塑模具提供强大的解决方案, 更好地减少成本和降低风险[7]。

(2) Poly JetTM技术。Poly JetTM技术是Ob Jet公司2000年时在全球最先推出的, 先用喷嘴将感光材料以16m的厚度喷涂在基材上, 然后用紫外光固化, 再喷涂一层, 再固化, 如此反复, 直至完成打印。

(3) Ob Jet StudioTM软件。实质上是一个客户端/服务器软件, 可以快速、高效地构造高质量、高详细程度的模型, 可以接受任何三维CAD应用程序的文件, 将其分割, 驱动打印喷头喷出一层层成型材料, 完成模型的构建。

(4) Direct Metal (SLMR) 技术。采用激光烧结粉末成型, 制成的三维模型一般是金属模型, 应用领域比较广, 可应用在医学、航天和高精度工程领域的零部件制作。

(5) Voxeljet Systems技术。也是一种固化成型技术, 成型的模型较大, 适合于交通运输和医学方面的应用[10]。

3 3D打印设备

3D打印设备目前比较出名的公司主要有Z-Corporation公司、3D System公司、Objet Geometries公司和Stratasys公司 (后两者于2012年4月宣布合并) 等[11]。其中3D System公司的实力最强, 代表了3D打印目前的技术水平和未来的发展趋势, 能够为专业人士及类似消费者提供3D打印系统。

3D System公司的3D打印系统可分为个人用户解决方案、专业用户解决方案和工业用户解决方案等。

(1) 个人用户解决方案。主要特点是多功能、低成本, 是入门级产品。Bot Mill是小型的办公类型的3D打印系统, 主要打印一些小的物件。Rap Man主要用于学校教学或爱好者打印塑料模型。3Dtouch也是一款用于教学、家庭和办公领域的小型3 D打印机, 精度为0.125mm, 设备总体质量也只有38kg左右。

(2) 专业用户解决方案。专业版的Pro Jet系列主要针对办公和小型工业设计领域, 包括1000、1500、SD3500、HD3500、6000、7000等, 支持单色和彩色模型的打印。此外还有Zprinter系列的6种3D打印机[12]。

(3) 工业用户解决方案。工业产品解决方案中主要有四种不同的技术。在光固化成型技术方面, 考虑到要满足不同客户的需要, 打印尺寸和配置要求也不同, 机型也略有区别;在选择性激光烧结法方面, 精度可以达到0.08mm, 最大的成型尺寸可以达到550mm (X) *550mm (Y) *750mm (Z) 。在SLM技术方面, 目前有s Pro 125 SLM Printer和s Pro 250 SLM Printer两种机型, 速度为 (5~20) cm3/h, 每层厚度为 (20~100) m, 打印模型大小分别为125mm*125mm*125mm和2 50mm*250mm*320mm。在voxeljet systems技术方面, 有两种机型:VX500和VX800, 打印模型大小分别为500mm*400mm*300mm和850mm*450mm*500mm[13]。

Stratasys公司的Dimension 3D立体打印机由RP技术转化而来, 其成本低于RP技术, 能够测试塑形、适配和功能, 并且在桌面上即可随心所欲地进行设计迭代, 产品原型可经受严格的测试, 不会弯曲、收缩和吸收水分, 使用的ABS塑料在日常环境下比较稳定, 任何形状的零件精度都不会随着时间推移而受到环境条件的影响, 能够制作耐用的功能原型[14]。

另一3D打印大公司Objet公司也具有同样的实力。该公司的产品分为Connex家族 (能够打印多种模型材料) 、Eden系列 (高精度、高品质) 和桌上型产品系列 (实惠普及型系列) [15]。

4 3D打印应用

目前, 虽然对于产品开发和制造来说, 3D打印技术能够带来无限的可能性, 但是大部分的技术应用主要分成概念模型、功能原型、工具制造、制成品四类[16]。随着技术的发展, 3D打印的应用领域在不断扩展。

(1) 医学领域。2011年9月, Object医疗解决方案部门负责人介绍, 其新型材料非常适合3D打印植入手术导板和口腔输送盘。2011年11月, 德国科学家利用3D打印技术成功地研制了人造血管, 用3D打印骨骼、器官模型更是轻而易举的事了。

(2) 工业领域。现代工业中, 很多产品如手机、汽车、飞机等在新产品推出之前要做很多模型和零部件。基于3D打印技术的快速成型, 可以大大减少前期研发的时间, 被越来越多的工业领域所应用。

(3) 个性化领域。随着3D技术的发展, 3D打印可以打印各种各样的日常小模型, 设备也小到可以放到桌面上。如3D System公司的Cube 3D Printer, 可以打印5.5英寸*5.5英寸*5.5英寸大小的立体模型[17]。

(4) 航空航天领域。2012年, 美国宇航局完成了“添加制造仪器”的测试, 该仪器就是利用3D打印技术在太空打印宇航员所需要的模型。这是NASA对太空按需生产能力的投资, 使得3D打印机可以广泛运用于建造空间站部件, 制造航天员使用的工具、卫星甚至航天器等。研发团队认为, 未来在太空利用他们正在制造的打印机可以“打印”出太空所需三分之一的零部件[18]。

(5) 军事领域。3D打印技术应用到军事领域, 一方面可在军事装备开发阶段获取设计的即时反馈信息, 有助于降低成本和提高战技性能;另一方面还可以帮助使用维修人员利用三维模型和3D打印设备, 现场快速生产原型产品 (包括工具、零配件等) , 解决平时维修和战时抢修中可能出现备件携带不足、备件不易购买、再造周期较长、特殊备件成本太高等问题, 提高维修效率, 减轻后勤保障压力, 增强部队的任务持续能力[19]。

5 3D打印的发展趋势

未来5-10年, 随着技术的不断进步及市场需求的扩大, 3D打印将呈现三个方面的发展趋势:一是随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用, 3D打印速度和效率有望获得更大提升;二是随着先进材料的不断发展, 智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物材料等成为3D打印材料, 打印材料更加多样化;三是随着技术进步及推广应用, 3D打印设备的价格有望大幅下降[20]。

3D打印诞生后, 早期主要用于汽车、航空航天、机械、医疗、建筑等行业的模型制作。随着其进一步走向成熟, 3D打印已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件, 以及皮肤、骨骼等活体组织。专家预计, 在不久的将来, 从鞋、眼镜到厨房用具、汽车整车等各种产品都可以用3D打印机生产出来[21]。

6 结语

3D打印技术发展综述 篇5

[摘 要]3D打印技术作为一项新兴产业技术，被称为是第三次工业革命的标志，可见未来其对经济发展的作用巨大。首先对3D打印技术的概念进行了界定，分析了其具有的不增加成本、生产及时、设计空间无限和绿色生产的独特优势；然后从有效供给、新的经济增长点、就业和创业、转变经济发展方式角度来分析其对经济发展的作用；最后，从经济政策、技术研发、人才培养、行业准则等方面提出了促进其更好为经济发展服务的可行性对策。

[关键词]3D打印技术；经济发展；技术优势；主要对策

[中图分类号]F062.9 [文献标识码]A [文章编号]

2095-3283（2014）05-0073-03

[作者简介]张莹梅（1992-），女，黑龙江五大连池人，本科生，研究方向：金融理论与实践；李善香（1989-），女，山东临沂人，本科生，研究方向：金融理论与政策；王景利（1978-），男，内蒙古突泉人，讲师，经济学硕士，研究方向：计量经济学，宏观经济学。

[基金项目]2013年教育部国家级大学生创新创业训练计划项目“分析3D打印技术对经济发展的影响”（项目编号：201310245007）及哈尔滨金融学院大学生创新创业训练计划项目资助的阶段性成果之一。

2012年4月21日在英国的《经济学人》上发表了一篇题为《第三次产业革命》的论文，在该文中将3D 打印技术堪称是第三次工业革命的重要标志之一，这一观点当时引起了国内外的广泛关注，人们对其众说纷纭，各有其侧重点。而在经济学界，人们最关注的问题主要是3D 打印技术是什么？它的发展优势和对经济发展的作用如何？如何充分发挥其优势且更好地为经济发展服务？如何促进其科学发展？下面就这些问题展开分析。

一、3D 打印技术概述

（一）3D 打印技术的涵义

3D 打印技术是一种三维立体式打印，更加接近于客观事物，是一项新兴的技术，目前在国外已经得到一定程度的发展与应用，取得了一定的成果，被称为具有工业革命意义的创新制造技术。它的工作流程主要分两步：首先通过先进的计算机软件设计出理想的立体式产品模型，然后通过在3D 打印机中添加液化、粉末化、丝化的原材料逐层打印出3D式样的产品。可以看出，3D 打印技术的关键有两点：一是立体式模型的设计；二是原材料的制造与添加。

（二）3D 打印技术与传统的数控制造的区别

3D 打印技术的主要实现方式是“添加型”制造，这一点与传统的“去掉型”数控制造正好相反，这也显示出了其独特的优势或特点。传统的“去掉型”制造方式是以原材料为基础，通过切割、消磨和熔腐等方法，去除掉多余部分，得到各种所需要的零部件，再通过焊接和拼装的方式组合成最终产品。可见这样制造产品的程序相当繁杂，产品研制周期长，生产成本高且效率低，而3D 打印技术的“添加型”制造通过在3D 打印机中添加原材料就可以直接制造出或打印出任何形状的物体，使产品的制造程序大大简化，产品的研制周期间接显著缩短，促进了生产效率的提高和生产成本的大幅度下降，大大提高了产品的市场竞争力，因此可以显著提高经济效益。

二、3D 打印技术的经济优势分析

近十几年来，在计算机功能迅速提高、电脑设计软件的不断出新，新物质材料的不断发现与发明，自主创新能力的显著提高和互联网发展的推动下，3D 打印技术被发明且发展迅速，在其发展过程中，其经济优势充分显示出来，这已在实践中得到证实，主要包括以下几个方面：

（一）在生产复杂产品或变换产品样式时不增加生产成本

在传统的“去掉型”制造方式下，如果所生产的产品越复杂精细，会需要更多的生产时间、人力、财力和物力，使得制造难度加大，导致生产成本越高，在同样的价格下会使企业的利润下降或降低其市场竞争力。然而，在利用3D 打印技术方式下，以3D 打印机为例，制造一个华丽精细复杂的产品与制造一个简单的方块所消耗的时间、技能或生产成本一样，只不过是一台3D 打印机需要设计不同的模型和新的原材料罢了，这种不增加成本的优势将会改变传统的计算生产成本方式和定价模式。

（二）按需零时间交付式生产和产品设计空间无限

3D 打印可以按照需求及时生产，有利于降低企业的实物库存，生产厂商可以按照客户的订单使用3D 打印机及时制造出使客户的个性化需求得到最大限度的满足的立体式产品，有利于大幅度提高消费者的效用水平，这将改变传统的需要时间的商业模式，零时间交付生产能最大限度地降低长途运输成本，有利于实现人们按需就近生产的目标。此外，传统的制造产品在形状上由于受到使用工具的有限功能限制，只能生产出有限形状的产品，而3D打印机则打破了这种局限，开辟了巨大的设计空间，可以说3D打印技术可以制造出任何形状的产品，来满足人类欲望的无限需求，有利于解决供需矛盾。

（三）有利于实现绿色经济目标

在传统的生产方式下，人们先生产所需的零部件，然后对这些零部件进行组装来生产物品，而3D打印技术能使生产的物品的各部分一体化成型，无须组装，这就使得供应链缩短了，节省了劳动力资源和运输费用，供应链越短，环境污染也就越少，有利于实现绿色生产，此外3D打印技术还降低了废弃的副产品的排放，据权威部门统计，传统的加工制造业中，约有90%的金属原材料被丢弃在工人车间里，而3D打印技术将金属制造业的浪费大大降低，而且随着3D打印技术水平的提高和打印材料的进步，“净成型”制造将成为未来更环保的加工生产方式，有利于实现人类梦想的绿色经济时代。

三、3D打印技术对经济发展的作用

（一）3D打印技术有利于提供有效供给

近年来，随着科技的进步，人们收入水平的提高，对生活中物品质量的要求也越来越高，导致了现实中出现企业所生产的产品严重过剩，消费者却买不到自己想要买的产品，使产品市场中出现了供求矛盾，表面上是供过于求，实际上是供不应求，造成了稀缺资源的严重浪费。3D打印技术的出现在一定程度上会缓解上述供求矛盾，因为3D打印技术是按照消费者的个性化需求来设计和制造产品的，可以有效提供消费者所偏好的独特商品，有利于实现产品市场供求平衡的理想状态，有利于实现稀缺资源的优化配置和充分利用。

（二）3D打印技术有利于培育新的经济增长点

近年来，3D打印技术发展迅速，很多国家都已加入到3D打印技术的研发与应用中来，其应用领域相当广泛，几乎遍及所有领域，已经成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，尤其在航空航天、国防军工、汽车摩托车、生物医药、家电、建筑工程、教学研究、农用工具等领域已经得到一定的应用，取得了良好的效果，从维基百科英文版文献获取数据（见图1）可知：从3D打印技术市场应用份额来看，3D打印技术应用在汽车及零部件领域占37%，消费品领域占18.2%，航空航天和国防军工领域占13.7%，商业机器领域占11.2%，医疗领域占8.8%，科研领域占8.6%，可见各个经济领域应用3D打印技术的市场开发空间还很大，这为各国培育新的经济增长点指明了未来的方向与方法，在一定程度会缓解目前各国经济发展缓慢的局面。因此，3D打印技术必将成为各领域大批量个性化生产的主要模式。

图1 当前3D打印技术应用主要领域的产品份额

资料来源：维基百科英文版文献资料

3D打印技术与现代农业、现代工业和现代服务业紧密结合，必将衍生出新的细分产业、新的商业经营模式，培育或创造出新的经济增长点。例如自主创业者可以结合自身的创业领域的实情，购置3D打印设备，为其需求者提供个性化的服务，有利于形成一批数百亿或数千亿元规模的创业产业，促进经济快速发展，与此同时，在3D打印产业发展过程中，必然会提供很多的就业岗位，通过创业来带动就业，有利于扩大创业和就业的范围，能有效缓解就业难的问题，使人力资源得到充分的利用和发挥，充分体现科学发展观的基本要求。

（三）3D打印技术有利于经济发展方式转变

3D打印技术具有在生产复杂产品时不增加生产成本，生产及时有利于实现产品市场的供求平衡，绿色环保的生产方式可以实现绿色经济，而且3D打印技术具有一体化成型的独特优势，有利于化解在使用数控技术生产产品时遇到的技术难题，如复杂形状的设计、技术研发成本的计算、排放垃圾的技术处理等问题，而这些难题在3D打印技术下，可依靠3D打印的高端技术实现三大产业的现代化，优化现代农业、现代工业和现代服务业的产业结构，实现三大产业快速均衡发展，提高经济增长的质量和效益，促进经济发展由“减材”生产转向“增材”生产，转变生产方式一方面有利于减少稀缺资源的浪费，另一方面有利于减少垃圾排放，促进经济发展与人口、资源和环境之间协调发展，实现经济又好又快发展。

四、促进3D打印技术为经济发展服务的主要对策

（一）将3D打印技术纳入到经济发展战略规划的重要位置，促进其优先发展

由于3D打印技术引起人们关注的时间很短，对于消费者来说是新生事物，导致很多消费者既不了解也不相信3D打印技术，据发放的1000份有效问卷调查获悉，在我国消费者中大约有70%左右的人质疑3D打印技术的可行性，为了消除这种顾虑，最有效的方式就是依靠政府的权威性，通过制定经济政策或经济发展战略规划，将3D打印技术纳入到国家产业规划中，并且放在重要位置加以强调，与此同时，政府在经济政策上尤其是财税金融政策上要为3D打印技术企业提供优惠，积极支持和引导企业进行3D打印技术的投资、研发、生产和应用，支持3D打印设备的进出口，从而带动经济增长和促进经济发展。

（二）加大科研投入，提升3D打印技术的核心竞争力

3D打印技术是一项新兴技术产业，虽然近年来其引起了世人的广泛关注，发展速度也很快，但是其核心技术研发仍处于发展的初级阶段，产业还不成熟，从世界各国和地区3D打印技术应用的市场份额（见图2）便可以看出。与此同时也说明3D打印技术的发展潜力巨大，市场空间更广阔。在市场经济环境下，谁首先掌握了最新的3D打印的核心技术，谁就最先抢占了最有利的市场领域和空间，占据了3D打印技术市场的主导权或垄断权。目前我国已经成为继美国日本德国之后的第四个3D打印设备的拥有国，因此，我国一定要尽快进一步的加大科研投入，研发出世界最前沿、最尖端的3D打印技术，并且将该技术转化为现实生产力，使我国在3D打印技术领域处于世界领先地位，早日实现赶日超美的目标，使我国成为世界上最强大的3D打印技术国家，促进3D打印技术更好地为经济发展服务，为国民经济实现跨越式发展和早日跨越中等收入陷阱提供强大的科技支撑。

图2 各国和地区3D打印技术应用的市场份额

资料来源：黄健，姜山.3D打印技术将掀起“第三次工业革命”？新材料产业，2013（1）.（三）加大人才培养，促进3D打印技术设备与人才配套

由于3D打印技术是一项多学科交叉的高新技术，主要包括信息技术、精密机械和材料科学。因此，如能使3D打印技术设备应用于实际，必须有掌握3D打印技术的专业人才来操作，而这种人才最好能将三种技术更好地融合来实现3D打印技术的发展与创新，因此，可以通过3D打印技术设备生产企业与高等院校和科研院所合作或依靠行业协会、展览会、研讨会等组织形式进行3D打印技术人才的培养，实现3D打印技术设备的供给与需求的有效对接，促进产供销资金链的有效循环，为3D打印技术进一步发展提供有效的资本保障，促进其健康、稳定、快速发展，更好地为国民经济发展服务。

（四）制定3D打印技术行业准则，保证其产品和服务市场公开、公平、公正

制定行业准则的目的是为促进3D打印技术产品市场健康发展保驾护航，目前，3D打印技术产品市场在国内还尚未成熟，作为一个新兴产业，其内部的利润空间巨大，但由于3D打印技术研发成本较高且风险较大，很多企业都在处于观望状态，一旦一项新的技术被研发出来并且被应用于实际产生了巨额利润，潜在的竞争者或观望者就会通过高仿手段进入该市场，导致出现无序的恶性竞争局面，会造成“劣币驱逐良币”的市场结果，这样会严重损害投资者和研发者的利益，不利于3D打印技术产品市场的进一步发展。因此，政府要制定3D打印技术行业标准，对违反行业准则的个人或企业给予严厉的警告或处罚，鼓励和引导企业进行自主创新，形成属于自己的3D打印技术品牌，保证3D打印技术市场稳定健康发展，为促进国民经济健康发展增添强有力的“砝码”。

综上可知，3D打印技术具有很多的发展优势，对经济发展的作用巨大，但在其发展与应用过程中也存在一些问题，例如，3D打印机的市场价格高，据调查一般都在2万元以上，对于普通消费者很难接受，即使在淘宝网上能买到售价在三千到六千的产品，但是大部分都是仿制品，软件简单，操作性差，打印原材料昂贵，运行速度慢，稳定性能差，如果中途断电整个模型将完全报废，而且产品售后服务严重短缺等。出现问题在其发展的初级阶段是很正常的，随着科技的进步和对市场的宏观调控，这些问题会逐渐得到解决，应进一步深入研究3D打印技术，最大限度地发挥其优势，防止问题的出现，促进3D打印技术更好地为国民经济发展做出更大贡献，早日实现中国的3D打印技术强国之梦。

[参考文献]

3D打印技术发展综述 篇6

引言

众所周知，第一次工业革命和第二次工业革命分别以蒸汽机的发明和电气化的使用为标志，以其强大的生产力解放为基础，深刻地改变了西方资本主义国家甚至整个世界的面貌，有力地推动了世界现代化的历史进程。可以说，最新最前沿的科学技术的掌握和最早应用推广，将是未来国家间竞争的重要体现和地位分水岭。那么，当下最值得关心瞩目的科学技术是什么呢？毫无争议，3D打印技术将占一重要席位且有愈演愈烈之势。

3D打印技术的扼要介绍

我们有必要先搞清楚，什么是3D打印？ 3D打印（三维打印）是增材制造技术的俗称。3D打印，名为“打印”实为“制造”，结合智能数字化，更可实现“创造”！实际上，在大量的英文文献中，3D打印常被称作3D制造，这更准确的描述了3D打印的本质。与传统的“切削去除材料”的加工技术（如3D雕刻）完全不同，3D打印以经过智能化处理后的3D数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可热熔黏合材料，通过分层加工、叠加成型的方式“逐层增加材料”来生成3D实体。由于可采用各种各样的材料（液体、粉末、塑料丝、金属、沙子、纸张，甚至巧克力、人体干细胞等），而且可以自由成型，所以3D打印技术是名副其实的“万能制造机”。

3D打印技术的未来发展方向

正如很多科学前沿文章描述的3D打印技术——这是一种新型的增材制造方式，和以住触动世界的生产方式不一样，这一次预示着第三次工业革命的开始。我们可以从以下五个方面来一窥其势：

（1）目前3D打印速度和效率不高，不利于其普及应用，随着制造工艺的改进，打印速度和效率会有很大程度的改观。

（2）目前的3D打印机，以单喷头为主，一次只能打印一种材料。随着技术的成熟，材料更加多样化，也可以打印几乎所有的颜色。

（3）设备成本大幅下降。价格从数万元降到几千元，到那时，每个人都买得起，家家户户都可以拥有自己的3D打印机。

（4）打印精度更高，表面质感更好，打印出来如同工厂生产般精致，可以直接使用。

（5）使用体验更简单易用，如针对家庭等民用市场的3D打印机，会具备更家电化的外观，操作上也会更简单，就像操作微波炉、电饭煲一样方便。

3D打印技术的对于中国制造业带来的影响

3D打印技术的发展前景如此之广阔，发展势头如此之强劲，那么对现有的生产关系及模式有何影响呢？据社会科学家研究推测，3D打印技术对当代中国制造业的高速增长有着重要的革命性意义，主要体现在以下三个方面：

（1）随着3D打印的普及，个性化定制将成为重要的生产模式。3D打印与现代服务业的紧密结合，将衍生出新的细分产业、新的商业模式，创造出新的经济增长点。激发个性化需要，形成一个新兴的文化创意制造产业，并增加社会就业。

（2）动用3D打印技术能够缩短产品开发时间，创新速度将大大加快，新产品将以更快的速度进入市场。

（3）利用3D打印技术，越来越多的公司将能提供3D打印服务，应用的趋势越来越个人化，这样能够极大地提高个人的创造力，将创新的能力交还给每个人，实现个性化的制造，发明家和产品设计师将大量涌现。

3D打印技术的推广应用

快速发展3D打印技术的推广应用，笔者认为，现阶段主要从以下几个方面分析研究：

其一，从历史的高度，着眼于3D打印技术的发展。从研究机构、高等学校从上至下深入研发3D打印技术以及新材料的研发，高校成为3D打印技术的实验基地，研发出新产品材料样本，建立3D打印机枝术的基础理论和体系，服务于地区发展。

其二，加强对3D打印技术的普及教育。把3D打印技术引入课堂扩大受众群体，加强产学研的沟通与交流，将研究成果应用在实际项目中，将3D打印产品推向市场。

其三，加快3D打印机技术的推广应用和试点示范。选择适合3D打印技术的高端、有潜力的行业领域进行试点应用，在此过程中探索完善3D打印运营模式，制定3D打印机应用中长期发展战略。

综上所述，3D打印技术是方兴未艾的在可预见未来的核心技术革命之一，在全世界社会大生产领域内势必将引发深刻的革命性意义，我们应高瞻远瞩，及时果断地把握好时代气息，把3D打印发挥的无限精彩。

3D打印技术、应用及发展趋势 篇7

关键词：3D打印,增材制造,技术应用

引言

3D(3D printing)打印技术,属于快速成型技术的一种,也称为“增材制造(AdditiveM anufacturing)”,是一种以立体数字模型文件为基础,运用金属、塑料或树脂等可材料,采用粘合处理,通过逐层打印的方式来构造三维物体的技术。随着近10多年的发展,相继研发出立体光固成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和熔丝沉积造型(FDM)等主流技术路线,使3D打印可以克服一些传统制造上无法达成的设计,可以制作出结构复杂、个性化的产品。2016年选择性激光烧结(SLS)是所有3D打印技术中最受欢迎的技术。

2016年,塑料是占主导地位的3D打印材料(73%),这主要归因于对低成本产品制造的需求,以及快速原因越来越多地被采用。在这些3D打印塑料材料中,聚酰胺(PA)是最流行的,其他材料正在创新和推广应用中,包括树脂(26%)、金属(23%)、砂岩(13%)和蜡(8%)[1]。

1 3D技术发展现状

1.1 3D打印产品实现流程

一是三维建模。建模软件已经比较丰富。应用计算机软件,通过专业的3D扫描仪(比如Go SCAN类)或DIY扫描设备(Kinect类)获取打印对象的三维数据,并且以数字化方式在生成精度高、比例合适、结构复杂的三维模型。也可以使用Blender、Sketch Up、Auto CAD等专业的三维建模软件直接建立三维数字化模型,或是直接使用其他人已做好的、已有的三维模型。

二是分层切片。3D打印用于打印结构复杂、个性化强的产品。由于描述方式的差异,3D打印机并不能直接操作3D模型。因此,当3D模型数据输入到电脑中以后,需要通过打印机配备的专业软件来进行数据的分层处理,即将模型切分成一层一层的薄切片,每层切片的厚度是由喷涂材料的属性以及打印机的规格来决定的。

三是打印喷涂。由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到三维空间中,根据不同的工作原理,会有相应不同的实现方式。比较常用的做法是先喷一层黏胶材料,然后在上面撒一层粉末,如此反复。或是通过高能激光融化合金材料,一层一层地熔结成实物。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质的不同以及工艺质量耗时几分钟至数天不等。

1.2 立体光固成型(SLA)技术

立体光固成型(SLA)技术是最早出现的立体成型技术[2],其原理是采用液态光敏树脂原料,工艺原理如图所示。其工艺过程是:一是用CAD设计出三维实体模型,利用离散程序将模型进行切片处理,设计扫描路径,产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动;二是激光光束通过数控装置控制的扫描器,按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面,使表面特定区域内的一层树脂固化后,就生成零件的一个截面;三是升降台控制下降一定距离,固化层上覆盖另一层液态树脂,再进行第二层扫描,第二固化层牢固地粘结在前一固化层上,这样一层层叠加而成三维工件原型。这一技术在医疗领域,如助听器、耳蜗等方面使用广泛。

这一技术的关键问题是材料。树脂固化过程中产生收缩,不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。

1.3 选择性激光烧结(SLS)

选择性激光烧结(简写为SLS)由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功[3]。SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面,并刮平;用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面;材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起,得到零件的截面,并与下面已成形的部分粘接;当一层截面烧结完后,铺上新的一层材料粉末,选择地烧结下层截面。

SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛,如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂(覆膜砂)、聚碳酸脂(Poly carbonates)、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。

1.4 熔丝沉积造型(FDM)

熔丝沉积造型(FDM)[4]系统组要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热机构工作台5个部分。工作时先确定各层间距、路径宽度等;生成路径,对计算机模型进行切片;在计算机控制下喷头按路径移动出丝,喷丝粘结在工作台上已制作层面上。如此反复逐层制作,直至最后一层。这样熔丝粘结形成所要求的实体模型。

这里关键技术是喷头,喷头功能为加热熔化[5]。喷头底部有一喷嘴供熔融的材料以一定的压力挤出,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动时挤出材料,与前一层粘结并在空气中迅速固化。现在的FDM快速成型系统一般都采用双喷头独立加热,一个用来喷模型材料制造零件;另一个用于喷支撑材料。

2 3D打印技术应用

事实上在20多年前,3D打印技术就已经能用树脂或胶等材料制作产品。近几年,由于3D打印可处理的材料范围扩大到了金属材料(激光烧结技术),而且成功地将几十年前就有的工艺技术重新组合利用,例如结合信息技术,使用激光和电子束进行表面工程和增材制造。而目前而言的发展,是由于激光和电子枪等关键元器件品质不断提高。

在工业制成上,3D打印机主要应用在两方面:一是某些结构复杂化的零件或者制成品。主要是对于精度要求和工艺细节要求很高的制成品,包括小型零件和大型构件。二是几何约束强的产品。在某些大型构件的加工上,不仅工艺难度相对于传统高,而且成本还要求降低,3D打印正好满足此需求。比如医用领域最著名的就是通过3D打印,打印高精度的器官模型,如Stratasys Solidoodle2可以用来打印病人的体内器官或者组织模型,辅助制定精确的手术方案。

无需与生物组织相容的外部肢体,医用3D打印可以进行深度定制。体外医疗器械包括医疗模型、医疗器械——如假肢、助听器、齿科手术模板等。根据美国组织AmputeeC oalition的统计:目前美国约有200万人使用3D打印假肢。

更高端一点的应用,如还可打印完全不成熟的细胞,Organovo公司宣称用3D打印机完整打印一个有正常生命机能的肝脏,为肝脏移植患者提供帮助。公司先通过独特的细胞3D打印技术,在细胞培养基座中打印出肝脏所需的细胞组织,然后再在培养皿中进行培养,并生成正常形状和机能的肝脏,然后便可以移植到人体中,进行身体解毒和排毒等正常代谢功能。不过,该肝脏的生命周期只有40天左右。

某些行业的应急制品或者快速制成品。最简单的是军用上,给予机械维修团队,就地加工一些制成品来保证紧急状况下的机械平台维护,在大部分情况下,陆战坦克,装甲车在受到损害后,超过一定比例,就因为成本原因,直接废弃掉了。3D打印可以解决这些问题,当然给予行军途中,在后勤紧张的时候,快速制成一些用品更不用说了。如在航天上的应用,主要集中在NASA的项目上,NASA主要在冷却、包装和屏蔽电子的物体上使用3D打印技术。例如,航天器的电池盒是使用热塑性聚醚(PKK)3D打印的。

3 技术发展主要趋势

3.1 3D打印与人们生活越来越相关

根据中商产业研究院[1]的分析报告,可以预见3D打印技术不仅应用在电子消费品、汽车、航空航天等领域,还与人们生活越来越相关,可以在建筑、教育、医疗等方面继续发展。

3.2 3D打印材料更加多样化

开发更为多样的3D打印材料已经成为企业共识。企业在研发新材料,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。

智能材料将异军突起。智能材料其实也是功能性材料的一种,可以随着时间、温度等外部环境的改变而发生变化。同时环保、可降解的环保材料将占据主流。

3.3 生产、设计与制造将实现一体化

需求、设计、模型、生产与制造一体化将成为可能。在软件方面,高度集成化,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,实现设计者直接互联网控制的远程在线制造。

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。

3.4 3D打印技术

打印速度将显著提高,一个激光头还是两个激光头将不再是困扰速度的主要因素。打印机的价格将在三年后下降至少三四成[6]。

创新发展并行打印、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。

4 结束语

在3D产业进入高速发展时代,3D打印设备生产商将与加工服务商、材料供应商达成战略联盟;设备生产商将更多的应用互联网,在全球范围内通过互联网,使技术创新、应用创新、业务创新等联系更加紧密。在工业4.0、互联网+等政策大力推动下,可以预测电商将在3D打印领域发挥更大的作用。

参考文献

[1]《3D打印现状2016(The Stateof3DPrinting2016)》,平台Sculpteo发布,2016-6-13.

[2]Print me a Stradivarius[J].Economist,2011-2-10.

[3]The printed world[J].Economist,2011-2-10.

[4]Wohlers Associates Inc.Wohlers Report 2011[R].2011.

[5]Acelrovsion知乎http://www.zhihu.com/question/26472893/answer/33069636,2014.

3D打印技术发展综述 篇8

一、3D打印发展趋势

对于3D打印的理论研究和实践来看, 我们必须理性看待3D打印的发展趋势, 对3D打印有一个清醒的认识和判断。3D打印对于我国的制造业来说是一个发展的机遇, 但是3D打印的应用必须从我国国情的实际出发, 走出一条适合我国制造业发展的特色之路。

(一) 理性对待3D打印。

对于3D打印的研究在学术界主要有两大类, 第一, 3D打印是第三次工业技术革命的重要标志, 3D打印将与其他数字化制造技术共同引发第三次工业技术革命;第二, 3D打印仍处在初级发展阶段, 暂时还不会引起工业技术的极大变革。对于3D打印我们应该有一个理性的认识, 一是3D打印带来了制造业发展的良好机遇, 人们关注3D打印也说明了3D打印给工业制造业发展带来的巨大改变;二是3D打印的发展前景以及自身仍存在很多局限性, 能不能引发工业革命还无法预料, 但是3D打印有这样的潜力引发巨大的工业变革。理性对待3D打印, 全面加强对3D打印的了解和关注有助于我们把握当下, 看清3D打印未来的发展趋势。

(二) 3D打印与传统制造技术的有机结合。

对于3D打印的热议和广泛应用, 我们必须制定科学合理的发展计划, 把3D打印真正应用到我国传统制造业发展中来。3D打印数字化和定制化的优势特点不仅能够降低生产领域的成本, 还能够增加产品的附加值, 从根本上改变制造业的生产模式, 而传统制造技术经过数百年的技术和经验的积累, 其完备的制造体系是3D打印当前所没有的。把3D打印和传统制造技术的上述优点有机结合起来, 各司其职, 优势互补, 能够为我国的制造业发展带来最大化的收益, 并且两种技术的相互融合也促进了各自的发展。

二、3D打印发展的建议

3D打印确实能够促进制造业的发展, 这也证明了科学技术的变革能力, 因此必须时刻关注3D打印技术的发展, 与此同时, 加快3D打印的技术开发和现实运用。在发展中认识问题和解决问题是科学的方法, 用在这里再合适不过了。

(一) 以STS理论指导3D打印的发展。

STS (Science Technology Society) 科学、技术、社会三者的研究简称STS研究, 通过科学技术对社会正负效应的研究, 使科学和技术更好地造福人类。STS理论能够提供一个很好的理论支撑, 通过STS理论的权衡考量来验证某项科学技术能否真正带动社会的发展。STS理论关注的不光是单项的成长, 不提倡以牺牲社会资源来实现某种产业或者技术的发展, 它更关注的是综合层面的、可持续层面的。因此我国的3D打印技术研发和产业发展应用上确立一个全面、协调、可持续的原则, 真真正正带来社会的变革和发展。

(二) 3D打印科研方面的建议。

一是3D打印科研的方向问题。科学技术的发展需要能解决社会发展的问题, 但是在科学技术应用到现实生活中时, 也不能因为促进了某些方面的进步而牺牲其他的社会资源。所以我们应该着眼于当前社会发展的基本现状, 用全面、科学、可持续的眼光来确定3D打印的科研方向, 使3D打印的社会应用效果不仅能够带动我国制造业的发展;二是加大3D打印技术的科研投入力度。3D打印的促进作用需要我们进行科学的引导, 但3D打印确实能够带来良好的社会效应所以才需要我们不断加大对于3D打印技术的投入以增加我们对于3D打印的实际把握, 从而在未来的发展中占领制高点以促进我国制造业的良性发展和实际质量;三是推动产学研一体模式的发展, 提高3D打印科研的效率。产学研一体的合作模式是指把人才和技术密集型企业结合到一起共同致力于科学技术实际产业经济效益的企业利益共同体与高等院校等科研机构相结合的发展模式。目的是为了提高科学技术所带来的实际效应, 推动产学研一体模式的发展, 有助于提高3D打印的实际产业价值, 并在这个过程中提高科研的整体效率, 更快地为我国制造业乃至社会的发展带来更大的效益。

(三) 3D打印规划及人才培养。

第一, 我国政府有必要进行有关3D打印的战略规划。进行3D打印的战略规划, 不仅可以把优势资源进行优势配置, 还可以避免市场的盲目投资, 保证3D打印的健康有序的发展。3D打印是我国制造业更新换代实现产业升级的重要手段, 同时, 3D打印的出现和发展也为我国制造业提供了良好的发展机遇。但是我们应该看到, 我国国内整体的水平还不能应对3D打印的全面应用和推广。同时, 国内外各界对于3D打印的追捧需要我们理性看待。结合这两点原因, 当前我国政府有必要进行国家级的战略规划, 把有重点有侧重地推广作为今后的发展目标, 为未来的全面推广奠定技术基础和经济基础。3D打印的应用需要巨大的资金投入以及专业人才的应用, 因此, 我国政府有必要采取现实的优惠政策和服务政策选出有发展前景和资源优势明显的企业有重点地进行资金、技术以及人才的支持, 通过这样的优势资源优势配置优势发展带动行业的发展。另外在扩大内需和外销上, 我国政府也应该制定相关的政策来宣传和引导, 为3D打印以及企业的发展提供良好的国内环境和国际环境。第二, 3D打印技术专业人才的培养。什么都离不开人才, 什么都需要人才。除了要在我国高等院校中进行3D打印技术的课程设置以及3D打印技术的科学研究以外, 还要加强企业自身的人才培养。因为技术最终是要应用到企业中去的, 未来的教育重心很有可能会转移到企业这个单元上来。在这个商品化水平越来越高的社会, 企业实现了商品化与社会的联结。因此我们必须鼓励有条件的企业站出来, 通过全社会的支持和努力, 营造自己的人才培养中心和科学研究中心, 这样既能使3D打印技术研发更有效率, 同时也能使3D打印技术更好地应用到产业生产中去。

三、结语

3D打印的出现发展以及出现的社会现象都是客观存在的。3D打印所产生的社会反映和形成的社会应用实质上是制造产业信息化和数字化的一个缩影, 或者是一个定格。当然无论怎样形容3D打印, 3D打印确确实实为制造业带来了活力。未来的3D打印可能引领制造业进入机器化生产阶段, 机器制造机器, 机器主导生产并服务人类社会, 这是一个里程碑式的变化。

参考文献

[1]吴平.3D打印技术及其未来发展趋势[J].印刷质量与标准化, 2014, 1:8~10

[2]王文涛, 刘燕华.3D打印制造技术发展趋势及对我国结构转型的影响[J].科技管理研究, 2014, 6:22~25, 30

[3]倪斌.探究中国3D打印产业的现状及发展思路[J].现代工业经济和信息化, 2015, 5:13~15

3D打印技术发展综述 篇9

3D打印技术又称为三维打印技术, 与传统的打印技术不同, 它打印出来的是实物模型, 而传统打印机打印出来的是图纸。3D打印技术是以粉末状金属或塑料为原料, 以数字模型为基础, 利用逐层打印方法打印出不同形状的实物的一种技术。可以说3D打印技术可以打印任何实物, 它既能降低生产成本又能提高生产效率。

1.1 3D打印技术的特点

3D打印技术始于二十世纪80年代, 目前, 美国的Stratasys是世界上最大的3D打印设备商。有效降低成本是3D打印技术最大的特点, 因为3D打印技术不需要纸和墨, 它是运用电子制图、激光扫描、数据传输、材料熔化等一系列技术, 通过打印把模型变成实物, 从而节省一系列的人工、原材料成本。另外, 3D打印技术还能大幅度节省工作时间。例如, 美国“轮廓工艺”的3D打印项目, 一座200多平方米的两层楼房子在24小时内就能打印出来, 这是传统的建筑行业无法想象的。

1.2 3D打印技术原理

3D打印是采用分层加工、迭加成形, 通过逐层增加材料来生成3D实体, 它具有速度快、成本低等优点, 它是添加剂制造技术的一种形式, 它参照了打印机的技术原理, 3D打印分层加工过程与传统的喷墨打印十分相似。通俗地讲, 3D打印是一片一片地打印, 然后把它们叠加在一起, 形成一个立体物体。传统打印机用的是“墨水”, 而3D打印机用的是货真价实的原材料。

1.3 3D打印的应用

在国际上, 3D打印技术已成为一种发展潮流, 在设计领域特别是在工业设计上更是被广泛应用, 可以说, 只要这些行业需要模型和原型, 就可以通过3D打印机打印出来。如灯罩、身体器官、赛车零件以及为个人定制的手机、小提琴, 甚至是为队员量身定做的足球靴等都可以用该技术制造出来。

近年来, 3D打印机在建筑设计领域和房屋建造上更是以其突出优势得到越来越多的专业人员的青睐。美国南加州大学教授比赫洛克·霍什内维斯成立了自己的“轮廓工艺”3D打印技术项目, 正进军房屋建造领域。最近, 来自荷兰阿姆斯特丹的建筑师们已经开始通过3D打印技术来制造世界上首个全尺寸3D打印房屋。

2 3D打印房屋的技术研究

根据3D打印技术原理可知, “打印”房屋和打印其他东西并无较大差别, 只是所用的原料不同, 规格大小不同。如果按照传统的建造方法来建造房屋会有许多步骤, 需要耗费大量的人力和物力才能建造一栋令人们满意的房屋, 而用3D打印机则显得较为容易。根据霍什内维斯“轮廓工艺”, 其房屋的建造是这样“打印”出来的:首先选择一块足够大的建房空地, 安装一台“打印”设备, 这一准备过程只需3-5人, 准备时间为几个小时。这个“打印”设备有两个滑轨, 在滑轨的横梁上有一个较大的给料机。其次是将预先设计好的房屋立体模型输入3D打印系统, 启动“开始”按钮后, 3D打印设备上的移动喷嘴就会喷射出特殊的水泥, 勾画出一个整体轮廓;最后, 3D打印机会一层一层地叠加墙体, 一直到第一层楼板盖好, 再在顶上进行第二层地面的浇筑, 然后按此程序进行房屋的屋顶和外部结构的浇筑。在整个操作过程中, 3D打印系统会按照规划的要求预留出门窗的位置。当整个建筑的墙体完成后, 再进行水、电、气、暖等基础设施的安装, 最后是安装门窗和内部装修工作。此时, 一栋完整的房屋就宣告完工了。无需一砖一瓦, 无需木材和脚手架, 无需施工队, 在短短的20个小时左右就能建造出几幢简单的毛坯房, 而且用这种方法建造的房屋不会有任何安全事故。据专家预测, 用一天的时间就能建造一个近200平米的房子, 其速度是人工建房所不敢想象的。

3 3D打印技术的建筑工艺研究

3.1“轮廓建筑工艺”

“轮廓建筑工艺”是美国南加州大学的“轮廓工艺”3D打印技术项目, 由美国航天局出资赞助, 霍什内维斯教授是该项目负责人。霍什内维斯说, “轮廓工艺”其实就是一个超级打印机器人, 它根据电脑设计的程序, 层层叠加把房子打印出来。“轮廓工艺”的速度之快令人震惊, 一栋两层楼高、面积200多平方米的楼房用20多个小时就能打印出来。除此之外, 该机器人还可以负责打印外墙、铺地板等工作, 即使贴墙纸也能办理。当然, 这个机器人不是万能的, 到目前它还不能完全替代工人, 诸如门窗安装、管道铺设等工作仍需要人工来完成。

3.2“轮廓工艺”建造的房屋

用“轮廓工艺”打印出来的房屋具有外形美观、环保、省时等优点, 它使人类的创造力得到极大提升。3D打印是人类智慧的成果。有了3D打印, 人类可以更加专注于设计环节。一栋经典、别具一格的建筑是以设计为基础的, 有了3D打印, 建筑设计师无需花费较多的时间学习制造手艺, 也无需等待较长时间生产原型产品, 用几个小时的时间就可以把头脑中的新创意转化成实物。因此只要完成不同功能、风格各异的建筑的图纸设计, 就可以通过3D打印来实现设计师的创意。

3.3 3D打印出不同功能的房屋

首先是用于急需的简易用房。当地震、泥石流、海啸等自然灾害发生时, 需要在最短的时间内将受灾人群妥善安置。传统的建筑行业建造房屋需要一定的时间, 而用3D打印房屋就可以在短时间内解决这一问题。特别是按照“轮廓工艺”技术建造的房屋是真正可以居住的房屋, 在室内可以安装各种设施, 其强度和性能均优于当前使用的活动板房或救灾帐篷, 关键是速度快, 极具实用性。

其次是用于经济适用房或廉租房。“轮廓工艺”具有建造时间快、性能优越的特点, 其完全可以用于低成本房屋的建造, 为经济条件困难又想改善居住条件的人群服务。这一类住房, 由于其强度更高, 工序也较为繁琐, 因此与上述急需用房的建造相比, 花费的时间要长一些。

4 3D打印在世界建筑领域的发展与展望

4.1 英国

英国Softkill Design建筑设计工作室在2013年初就形成了3D打印房屋概念, 他们认为, 3D打印房屋需要用尼龙搭扣进行固定, 同时还要借助传统建造技术。他们的设计理念是在骨骼基础上建造纤维尼龙结构, 而不是固体墙壁, 采用的是极简抽象派工艺, 用足够的塑料来保证结构的完整性。这种方式比现场采用沙子和混凝土来进行3D打印制造的效果更好。

英国建筑设计工作室的3D打印房屋概念将是房屋建造的革命性改变, 他们用20多天的时间将所有组件制造出来, 并能用一天的时间组装起来。随着3D打印技术的日趋成熟, 成本会不断降低, 这也意味着不久的将来会制造出更多的经济型3D打印房屋, 最终能缓解英国住房危机。

4.2 中国

最近, 在我国上海市用3D打印机成功打印出了十栋实体房屋。这十栋“样板房”矗立在上海的一处园区内, 最大的一幢两层建筑长10米、宽6米、高4米, 用不到三小时就完成了。这十栋实体房屋经过简单的内部装修后, 将作为园方的办公室。

据中国3D打印技术产业联盟协会负责人讲, 到2016年, 我国国内3D打印市场规模有望达到100亿元。就像数码相机替代胶片相机那样, 3D打印会颠覆传统的建筑行业。

但是在当前用3D打印出来的建筑还缺乏实体建筑功能, 更像是模型而不是可以实际应用的产品。3D打印产业的发展任重道远, 但是其在设计业、建筑业的前景十分广阔。

不管人们是否认可, 3D打印技术已悄然走入人们的视野。在发展过程中, 3D打印还存在着耗费建材成本高、兼容性较差等问题, 尽管如此, 也阻拦不了其前进的步伐。英国的索尔教授研制的3D打印机不但能打印出毛坯房的基本结构, 还能打印出整体浴室的结构、简单的装潢设施, 甚至还能绘制出精美的壁画。意大利米兰设计实验室和英国的建筑师设计的电脑系统中, 可以下载多种固定结构和尺寸的房屋构件。建造房屋时可直接从电脑中下载需要的构件, 打印出来进行组装即可, 高效、便捷、成本低, 非常适用于灾后重建领域。美国的霍什内维斯教授和他的团队更是提出了在月球上或火星上建造房屋, 在外星球上建造的房屋可就地取材, 具有安全可靠、成本低廉的优点, 这将会为人类走向太空铺平道路。

摘要：当前, 在工业设计和建筑领域, 3D打印技术已经成为一种潮流。如iPhone模型、运动鞋甚至飞机等, 3D打印尽显其突出优势, 特别是在建筑设计上更是得到广泛应用。3D打印技术可以根据设计方案打印出形态、功能各异的房屋, 极大地缩短了工程工期, 降低了人力成本, 其效率和质量性能均大大高于人工建筑。本文从3D打印的特点、原理和应用入手, 着重分析了3D打印技术在房屋建筑领域的应用状况与发展前景。

关键词：3D打印技术,轮廓工艺,建筑

参考文献

[1]谢若承, 程捷.改进DataWindow的打印技术[J].中国计量学院学报, 1998 (01) .

[2]范岳.Epson STYLUS C80彩色喷墨打印机[J].电子测试, 2002 (01) .

3D打印技术发展综述 篇10

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2010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。

3D打印技术及产业国内外发展现状

经过十多年的探索和发展, 3D打印技术在国外有了长足的进步, 目前已经能够在0.01毫米的单层厚度上实现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25毫米厚度的垂直速率, 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2010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。另一3D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。

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0.2 mm。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。

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到2010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的增长, 到2016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, 而且安全性也存在一定隐患;三是精度、速度和效率方面, 目前3D打印成品的精度还不尽如人意, 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到10年的时间。在这一较为漫长的发展过程中, 产业可能将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优势地位。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。

3D打印技术未来发展的主要趋势

其一, 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。

其二, 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。

其三, 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。

其四, 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。

3D打印技术发展综述 篇11

1 3D打印技术的简要介绍

3D打印是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术, 被称为“具有工业革命意义的制造技术”。其生产过程主要是通过电脑软件的3D建模或者是扫描出零件的3D图片, 设计出立体的加工样式, 然后通过3D打印设备, 用树脂、金属粉、塑料粉、尼龙粉等固体材料逐层“打印”出产品。

3D打印技术是“增材”制造的主要实现形式。不同于传统的“去除型”制造。3D打印技术运用的是“加法”而不是减法, 通过对产品的逐层扫描, 然后分成无数个厚度极小的截面, 一层一层的堆叠起来, 无需原胚和模具, 就能直接根据计算机图形数据, 通过这样的叠加材料的方法, 能制造出内部结构相当复杂的产品。运用这种生产方式, 能够大大的简化产品的制造过程, 极大程度的缩短产品的制造周期, 并能有效的提高生产效率降低生产成本。

2 3D打印技术的行业应用

(1) 航空航天:航空航天是3D打印技术应用最为广泛的一个行业, 众所周知, 航天航空所需的产品往往具有形状复杂、批量小、零件规格差异大、可靠性要求高等特点, 产品的生产是一个复杂而且精密的过程, 通常需要反复的设计、测试和改进。如果用传统制造业来完成的话, 不仅耗资巨大, 而且周期长。这些恰巧都是3D打印技术的特点, 精密、成本低、生产周期短。因此, 3D打印技术在航空航天领域将会有相当巨大的应用前景。

(2) 生物医疗:人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。

(3) 建筑设计:在建筑业里, 工程师和设计师能够使用3D打印设备制造建筑模型, 这样快速、成本低、环保, 同时制作精美, 能够完全的符合设计者的要求, 同时也能节省大量的材料。

(4) 配件、饰品:这是离我们最近的一个行业, 你可以让顾客设计自己想要的产品的样式、颜色、细节并“打印”出来, 耗时少成本低, 在这个崇尚个性的时代, DIY更能满足顾客们的要求。

3D打印技术还能应用在科学研究, 产品原型, 文物保护, 食品产业, 服装设计等等领域。几乎任何你能看到的东西都能用3D打印技术打印出来。如果任何现实手法难以实现的另类造型都可以被3D打印机“制造”出来, 你的想象力是否被再次挑战?

3对3D打印技术的思考及对策

古语有云:“知己知彼, 百战不殆”诚然, 3D打印技术已成世界技术革新之潮流, 不可逆转, 3D打印产业发展是推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变的重大机遇之一。如果我们不能占据在以3D打印制造技术的制高点, 我国与发达国家的差距将进一步的拉大, 特别是如今现有的传统制造产业和生产模式将很快被3D打印技术产业取代。因此, 我提出以下几点建议:

我国作为全球制造业大国, 把3D打印技术作为传统制造业升级转型的重头戏, 国家把3D打印产业放在产业领军者的地位。所以我国应该加快国家3D打印产业的顶层设计和统筹规划。加快研究和出台国家3D打印产业的发展规划, 并在我国工业转型升级、发展智能制造业的相关规划中对涉及3D打印产业给予政策衔接。

其次, 政府应该制定符合我国国情的3D打印中长期发展战略, 让从事3D打印产业的民营企业有充分的自主发展空间;发挥财税杠杆力度, 针对已有3D打印重点企业在降低制造成本、提高制造效率低和制造精度等方面给予研发补贴和税费优惠。加快3D打印技术的推广应用, 加强与发达国家的技术合作, 加强产学研的沟通和交流, 尽快将商用3D打印机推向市场。

再次, 将3D打印技术作为国防科技和重工业以及占有重要经济地位的产业的重要支撑发展技术之一。国家应重点选择在航空航天、汽车模具等领域进行3D打印技术的推广应用, 加快推进产业化;将3D打印技术定位为生产性服务业、工业设计、先进制造及制造业信息化工程的关键技术, 将该产业纳入优先发展产业及产品目录。

最后, 对于材料为王的3D打印产业来说, 中国抢占该领域的经济科技最高点首选就是要从打印材料实现突破, 而国家支持部分3D打印研发机构和重点企业全球招聘材料科学领域领军人才和团队是关键所在。

4总结

综上所述, 我们应当充分认识3D打印技术引起社会形态变迁的可能性和巨大潜力。近几年3D打印技术发展势头迅猛, 国外对该技术在各个行业的应用研究的投资力度也空前增大, 我国应该高瞻远瞩, 及时把握好时代的节奏, 积极有效的应对好3D打印技术, 使之为实现中国梦和中华民族的伟大复兴而服务。

摘要：介绍了3D打印技术的技术特点及其行业应用, 然后对3D打印技术在国内的发展前景和3D打印对国内工业体系和劳动体系的影响进行了分析和探讨。

关键词：3D打印技术,发展前景应用,前景应对政策

参考文献

[1]王莹雪.3D打印技术与产业的发展[J].中国高新技术企业, 2012, (08) .

[2]刘厚才, 莫建华, 刘海涛.三维打印快速成型技术及其应用[J].机械科学与技术, 2008, (09) .