第一章

3D打印概述

一、3D打印概念

3D打印（3D printing），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黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。通俗点讲，3D打印是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。

二、3D打印原理和过程

“3D打印”层层印刷的原理和喷墨打印机类似，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制采用分层加工，叠加成型的方式来“造型”，会将设计产品分为若干薄层，每次用原材料生成一个薄层，一层一层叠加起来，最终在计算机上的蓝图变为实物。3D打印是一种直接数字化制造技术，是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。

每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散，然后是喷洒一层均匀的粉末。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用，加工过程仅需确定所需塑料、树脂、金属等物料，材料耗费仅相当于传统制造的十分之一，而误差可轻易控制到0.1mm之内。它无需生产线，亦可制造那些常规方法无法生产的奇形怪状的零件。

三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。分步骤描述如下：

1、三维建模

通过goSCAN之类的专业3D扫描仪或是Kinect之类的DIY扫描设备获取对象的三维数据，并且以数字化方式生成二维模型。也可以使用Blender、SketchUp、AutoCAD等二维建模软件从零开始建立三维数字化模型，或是直接使用其他人已做好的3D模型。

2、分层切割

由于描述方式的差异，3D打印机并不能直接操作3D模型。当3D模型输入到电脑中以后，需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理，即将模型切分成一层层的薄片，每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。

3、打印喷涂

由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到二维空间中，根据工作原理的不同，有多种实现方式。比较流行的做法是先喷一层胶水，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，一层一层地熔结成模型。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质和工艺耗时几分钟到数天不等。

4、后期处理

模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时需要对模型进行后期加工，如固化处理、剥离、修整、上色等等，才能最终完成所需要的模型的制作。

三、3D打印技术主要种类

3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。

（一）

熔融沉积式技术(FDM )：最早的3D打印技术

FDM技术是由Stratasys公司于1980年中后期发明。该成型设备采用成卷的塑料丝或金属丝作为材料，工作时将材料供应给挤压喷嘴，喷嘴加热融化材料，并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下，沿着水平和垂直方向移动打印，热塑性材料凑够喷嘴挤出，形成层并迅速硬化。打印完成后，拿掉固定在零件或模型外部的支撑材料即可。

整个成型过程需要恒温环境，熔融状态的丝挤出成型后如果骤然受到冷却，容易造成翘曲和开裂，适当的环境温度最大限度地减小这种造型缺陷，提高成型质量和精度。由于FDM工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低，同时兼具成型材料种类多，成型件强度高、精度较高的特点，使该工艺可以直接制造功能性零件。

目前，FDM技术可以打印的材料包括ABS，聚碳酸醋、PLA，聚苯矾等。与其他的3D打印技术相比，FDM是唯一使用工业级热塑材料作为成型材料的积层制造方法，打印出的物件具有可耐受高热、腐蚀性化学物质、抗菌和强烈的机械应力等特性，被用于制造概念模型、功能模型，甚至直接制造零部件和生产工具。

FDM技术被Stratasys公司的Dimension， uPrint和Fortus全线产品以及惠普大幅面打印机作为核心技术所采用。由于其成型材料种类多，成型件强度高、精度高，表面质量好，易于装配、无公害，可在办公室环境下进行等特点，使得该工艺发展极为迅速，目前FDM在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30% 。

2012年3月，Stratasys公司发布的超大型快速成型系统Fortus 900mc，代表了当今FDM技术的最高成型精度、成型尺寸和产能，成型尺寸高达914.4mm X696mmX914.4mm，打印误差为每毫米增加0.0015-0.089mm，打印层厚度最小仅为0.178mm，被用于打印真正的产品级零部件。

(二）

电子束自由成形制造(EBF) 电子束自由成形Electron beam freeform fabrication（EBF3）是一种采用电子束作为热源，利用离轴金属丝建造零件的工艺。采用该增材制造工艺制造的近净成形零件需要通过减材工艺进行后续的精加工。该工艺最初为美国NASA 兰利研究中心开发，其合同商 Sciaky 是当前该工艺开发方面的最领先公司，目前已经加入DARPA“创新金属加工-直接数字化沉积（CIMP-3D）”中心的研究。该工艺的研究主要用于航空航天领域。

EBF3工艺可替代锻造技术，大幅降低成本和缩短交付周期。它不仅能用于低成本制造和飞机结构件设计，也为宇航员在国际空间站或月球或火星表面加工备用结构件和新型工具提供了一种便捷的途径。EBF3 技术可以直接成形铝、镍、钛、或不锈钢等金属材料，而且可将两种材料混合在一起，也可将一种材料嵌入另一种，例如可将一部分光纤玻璃嵌入铝制件中，从而使传感器的区域安装成为可能。EBF3 系统已经在 NASA 喷气式飞机上进行测试，并经历了短暂的失重状态。

（三）

直接金属激光烧结（DMLS）

通过使用高能量的激光束再由3D模型数据控制来局部熔化金属基体，同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠，以生成致密的几何形状的实体零件。通过选用不同的烧结材料和调节工艺参数，可以生成性能差异变化很大的零件，从具有多孔性的透气钢，到耐腐蚀的不锈钢再到组织致密的模具钢。这种离散法制造技术甚至能够直接制造出非常复杂的零件，避免了采用铣削和放电加工，为设计提供了更宽的自由度。早些年只有相对软的材料适用这种技术，而随着技术的不断进步，适用领域也扩展到了塑料、金属压铸和冲压等各种量产模具。应用这项技术的优点不仅是周期短，而且使模具设计师能够把心思集中在如何建构最佳的几何造型，而不用考虑加工的可行性上。结合CAD和CAE技术可以制造出任意冷却水路的模具结构。

（四）

电子束融化成型（EBM）

电子束熔炼是一种金属部件的积层制造技术，可打印钛合金等材料。电子束熔炼技术是通过高真空环境下的电子束将融化的金属粉末层层叠加，与直接金属激光烧结技术低于熔点的生产环境有所不同，EBM技术生产出的物件密度高、无空隙且非常坚固。采用EBM技术的代表设备为瑞典ARCAM公司的EBM系统。

（五） 选择性激光熔化成型(SLM)

SLM技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。为了完全熔化金属粉末，要求激光能量密度超过106W／cm2。目前用SLM技术的激光器主要有Nd-YAG激光器、Co2激光器、光纤（Fiber）激光器。这些激光器产生的激光波长分别为1064nm、10640nm、1090nm。金属粉末对1064nm等较短波长激光的吸收率比较高，而对10640nm等较长波长激光的吸收率较低。因此在成型金属零件过程中具有较短波长激光器的激光能量利用率高，但是采用较长波长的Co2激光器，其激光能量利用率低。

在高激光能量密度作用下，金属粉末完全熔化，经散热冷却后可实现与固体金属冶金焊合成型。SLM技术正是通过此过程，层层累积成型出三维实体的快速成型技术。

根据成型件三维CAD模型的分层切片信息，扫描系统（振镜）控制激光束作用于待成型区域内的粉末。一层扫描完毕后，活塞缸内的活塞会下降一个层厚的距离；接着送粉系统输送一定量的粉末，铺粉系统的辊子铺展一层厚的粉末沉积于已成型层之上。然后，重复上述2个成型过程，直至所有三维CAD模型的切片层全部扫描完毕。这样，三维CAD模型通过逐层累积方式直接成型金属零件。最后，活塞上推，从成型装备中取出零件。至此，SLM金属粉末直接成型金属零件的全部过程结束。

（六） 选择性激光烧结（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。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。粉床上未被烧结部分成为烧结部分的支撑结构，因而无需考虑支撑系统（硬件和软件）。SLS工艺与铸造工艺的关系极为密切，如烧结的陶瓷型可作为铸造之型壳、型芯，蜡型可做蜡模，热塑性材料烧结的模型可做消失模。由于该类成型方法有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特点，针对以上特点SLS法主要应用于铸造业，并且可以用来直接制作快速模具。

(七） 石膏3D打印 (PP)

使用PP技术的3D打印机每次喷一层石膏或者树脂粉末，并通过横截面进行粘合。打印机不断重复该过程，直到打印完每一层。此技术允许打印全色彩原型和弹性部件，将蜡状物、热固性树脂和塑料加入粉末一起打印，还可以增加强度。采用此打印技术的代表设备为3D Systems公司的ZPrinter系列 3D打印机。

（八） 分层实体制造（LOM）

其工艺原理是根据零件分层几何信息切割箔材和纸等，将所获得的层片粘接成三维实体。其工艺过程是：首先铺上一层箔材，然后用CO，激光在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完成后，再铺上一层箔材，用滚子碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地粘接在已成形体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕，最后去除切碎部分以得到完整的零件。该工艺的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。

（九） 立体平板印刷（SLA）

SLA的主要实现途径是用于生产固件部件的光固化成型技术。SLA技术最早由美国3D Systems公司成功买现商业化，其生产的Projet系列和iPro系列3D打印设备均采用了SLA技术。该技术由于具有成型过程自动化程度高、制作原型表面质量好、尺寸精度高以及能够买现比较精细的成型尺寸等特点，因而成为广泛应用的快速成型工艺方法。但SLA系统的缺点是对液态光敏聚合物进行操作的精密设备，对工作环境要求苛刻，同时，成型件多为树脂类，强度、刚度和耐热性有限，不利于长期保存。

Objet公司的PolyJet系统是一种喷头打印技术，目前已买现以16 -30um的超薄层喷射光敏聚合物材料，并层层构建到托盘上，直至部件制作完成。每一层光敏聚合物在喷射时即采用紫外线光固化，打印出的物件即为完全凝固的模型，无需后固化。被设计用来支撑复杂几何形状的凝胶体支撑材料，通过手剥和水洗即可除去。

(十）数字光处理 (DLP)

在数字光处理技术中，大捅的物体聚合物被暴露在数字光处理投影机的安全灯环境下，暴露的液体聚合物快速变硬，然后设备的构建盘以较小的增量向下移动，液体聚合物再次暴露在光线下。这个过程不断重复，直到模型建成。最后排出捅中的液体聚合物，留下买体模型。采用DLP技术的代表设备是德国EnvisionTec公司的Ultra 3D打印数字光处理快速成型系统。

DLP激光成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似，也是采用光敏树脂作为打印材料，不同的是SLA的光线是聚成一点在面上移动，而DLP在打印平台的顶部放置一台高分辨率的数字光处理器(DLP)投影仪，将光打在一个面上来固化液态光聚合物，逐层的进行光固化，因此速度比同类型的SLA立体平版印刷技术速度更快。

DLP的应用非常广泛，该技术最早是由德州仪器开发的，它至今仍然是此项技术的主要供应商。最近几年该技术放入3D打印中，利用机器上的紫外光(白光灯)，照出一个截面的图像，把液态的光敏树脂固化。该技术成型精度高，在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件。

SLA与DLP打印所需的液态光敏树脂材料也因生产商家和机型的不同而各有特点，比如EnvisionTec的各类机型都可以使用EC-500型蜡基液体树脂材料制造各类精致饰品模型以用于失蜡法铸造，但其每千克材料成本高达几千元。其民用代表机型有B9 Creator（2500美元)，Form1（3300美金)等。

（十一) 3DP三维喷绘打印技术

3DP是一种基于微喷射原理(从喷嘴喷射出液态微滴)，按一定路径逐层打印堆积成形的打印技术，这种技术和平面打印非常相似。3DP打印机主要部件为储粉缸和成形室工作台。打印时首先在成形室工作台上均匀地铺上一层粉末材料，接着打印头按照零件截面形状，将粘结材料有选择性地打印到已铺好的粉末层上，使零件截面有实体区域内的粉末材料粘接在一起，形成截面轮廓，一层打印完后工作台下移一定高度，然后重复上述过程。如此循环逐层打印直至工件完成，再经后处理，得到成形制件。

同立体印刷、叠层买体制造和选择性激光烧结快速成形技术相比，3DP不需要昂贵的激光系统，具有设备价格便宜、运行和维护成本低的优势。与熔融沉积快速成形技术相比，3DP可以在常温下操作，具有运行可靠，成形材料种类多和价格低的优势。此外，与其它RP系统相比，3DP还有操作简单、成形速度快、制件精度高、成形过程无污染，适合办公室环境使用等优点。

几种方法优劣比对：目前FDM和SLS为主流

金属零件快速制造技术代表了RP技术的最新发展方向。目前，真正能够制造精密金属零件的快速成型技术只有选择性激光熔化和选择性激光烧结。SLS成型方法成型金属零件时，多采用树脂或低熔点材料包覆的金属粉末作为原材料，通过激光扫描使树脂熔化将金属粉末固结在一起，在成型后经过脱脂、浸渗低熔点金属(如青铜等)来提高致密度。使用该技术成型，金属零件工序复杂且零件强度与精度多数情况下仍达不到要求。而选择性激光熔化SLM技术是一种极具创新的快速成型技术，能一步加工出具有冶金结合，相对密度接近100%，具有复杂结构、高的尺寸精度的金属零件。目前，金属3D打印成本偏高是其主要缺点之一。

四、3D打印相关软件

在3D打印的制作过程中，用到软件的方面应该是在3D打印的三维模型设计上（不包括其余过程中的常用的操作软件）。模型的设计可以说是整个3D打印过程的核心部分，是3D打印产品的根本。在此介绍几种建立三维数字化模型的建模软件。

Blender：Blender是一个开源的多平台轻量级全能三维动画制作软件，提供从建模，动画，材质，渲染，到音频处理，视频剪辑的一系列动画短片制作解决方案。blender以python为内建脚本，支持yafaray渲染器，同时还内建游戏引擎。

完整集成的创作套件，提供了全面的3D创作工具，包括建模（modeling）、uv映射（uv-mapping）、贴图（texturing）、索链关连（rigging）、蒙皮（skinning）、动画（animation）、粒子（particle）和其它系统的模拟、脚本控制（scripting）、渲染（rendering）、合成（compositing）、后期处理（post-production）和游戏制作；

SketchUp：Google Sketchup是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具，其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想而且完全满足与客户即时交流的需要，它使得设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思，是三维建筑设计方案创作的优秀工具。google SketchUp软件同3dmax等3维制作软件同样，有丰富的模型资源，在设计中可以直接调用、插入、复制等进行编辑任务。

AutoCAD：AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美国Autodesk公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。

五、3D打印材料

（一）常用3D打印材料

常用的3D打印材料有塑料、光敏树脂、金属材料、复合材料、其他材料

1.塑料

在3D打印领域，塑料是最常用的打印材料，常用塑料的种类有：ABS塑料、PLA(聚乳酸）、尼龙、PC、玻璃填充聚胺，通过不同比例的材料混合，可以产生出将近120种软硬不同的新材料。

尼龙

材料说明：

尼龙12，具有良好的力学性能和生物相容性，经认证达到食品安全等级，高精细度，性能稳定，能承受高温烤漆和金属喷涂，适用于制作展示模型、功能部件、真空铸造原型、最终产品和零配件。它的表面是有一种沙沙的、粉末的质感，也略微有些疏松。

材料应用：汽车、家电、电子消费品

材料颜色：白色

材料热变形温度：110℃

市场价位：20元-27元/千克

聚苯乙烯

材料说明：优秀的尺寸精度，表面质量高，性能稳定，在高温下气化，灰粉残余物极低。

材料应用：适用于制作融模铸造、石膏铸造、陶瓷铸造和真空铸造原型。

多色树脂

材料说明：系列材料集尺寸稳定性和细节可视性于一身，适用于模拟标准塑料和制作模型，可实现逼真的最终产品效果。

非常适用于：广泛的装配与外观测试、活动部件与组装部件、展览与营销模型、电子元件的组装、非常适用于硅胶模具 材料应用：电子消费品、家电、汽车制造、航空航天、医疗器械

材料颜色：白色蓝色黑色

材料热变形温度：45℃

市场价位：25元-30元/千克

半透明树脂

材料说明：集高尺寸稳定性、生物相容性和表面平滑度于一身的标准塑料模拟材料。

非常适用于：

透明或透视部件的成形和拟合测试

、玻璃、眼镜、灯罩、灯箱

、液流的可视化、彩染、医疗、艺术与展览模型 材料应用：电子消费品、家电、汽车制造、航空航天、医疗器械

材料颜色：半透明微黄

材料热变形温度：45℃

市场价位：800元-880元/千克

聚乳酸（聚丙交酯）PLA 热稳定性好，加工温度170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，有的聚乳酸（PLA）还具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性。

使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境

ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

ABS是常用的一种3D打印塑料之一。ABS塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。

ABS塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。 ABS-ESD防静电塑料材料

材料说明：ABS-ESD7是一种基于ABS-M30的热塑性工程塑料，具备静电消散性能，可以用于防止静电堆积。主要用于易被静电损坏、降低产品性能或引起爆炸的物体。因为ABS-ESD7防止静电积累，因此它不会导致静态震动也不会造成象粉末、尘土和微粒的微小颗粒的物体表面吸附。该材料是理想的用于电路板等电子产品的包装和运输。广泛用于电子元器件的装配夹具和辅助工具。

材料应用：电子消费品、包装行业

材料颜色：黑色

材料热变形温度：90℃

市场价位：50元-100元/千克

PC材料、PC-ISO材料、PC-ABS材料

材料说明：PC材料是真正的热塑性材料，具备工程塑料的所有特性。高强度，耐高温，抗冲击，抗弯曲，可以作为最终零部件使用。使用PC材料制作的样件，可以直接装配使用，广泛应用于交通工具及家电行业。PC的强度比ABS材料高出60%左右，具备超强的工程材料属性！

材料应用：电子消费品、家电、汽车制造、航空航天、医疗器械

材料颜色：白色

材料热变形温度：138℃

市场价格：20元-42元/千克

2、光敏树脂

光敏树脂即是UV树脂，由聚合物单体与预聚体组成，其中加有光（紫外光）引发剂（或称为光敏剂）。在一定波长的紫外光（250-300纳米）照射下立刻引起聚合反应完成固化。

树脂材料Somos 11122 材料说明：Somos 11122看上去更像是真实透明的塑料,具有防水和尺寸稳定性。

应用：Somos 11122 提供多种类似工程塑料的特性。这些特性使它很适合用在汽车、医药、电子类消费、透镜、包装、流体分析、RTV翻模、耐用的概念模型、

风洞试验、快速铸造等。

材料应用：汽车、家电、电子消费品

材料颜色：透明

市场价位：800元-880元/千克

Somos 19120:材料为粉红色材质，铸造专用材料。成型后直接代替精密铸造的蜡膜原型，避免开模具的风险，大大缩短周期。拥有低留灰烬和高精度等特点。

Somos Next:材料为白色材质，类PC新材料，材料韧性较好，精度和表面质量更佳，制作的部件拥有最先进的刚性和韧性结合。

环氧树脂（类透明pc类）

材料说明：这种便于铸造的激光快速成型树脂：•

含灰量极低 (1500º F时的残留含灰量<0.01%) •

可用于熔融石英和氧化铝高温型壳体系

•

不含重金属锑

•

可用于制造极其精密的快速铸造型模。

材料应用：汽车、家电、电子消费品

材料颜色：透明

市场价位：800元-880元/千克

3、金属材料

3D打印材料中以金属粉末应用市场最为广阔。因此，直接用金属粉末烧结成型三维零件是快速成形制造最终目标之一。由于各种金属材料的化学成分、物理性质不同，因此成型的机理也各具特征，对金属粉末的性能要求也更为严苛。

目前仅德国的EOS公司能生产出有限的几种金属粉末，如：不锈钢粉、铝硅粉、钛合金粉，但价格是传统粉体的10-20 倍。

不锈钢

材料说明:不锈钢材料，具有很好的抗腐蚀及机械性能，适用于功能性原型件和系列零件，被广泛应用于工程和医疗领域。不锈钢打印在金属打印上来讲算是最便宜的一种打印形式，既具有高强度，又适合打印大物品。

材料应用：家电、汽车制造、航空航天、医疗器械

材料颜色：玫瑰金、钛金、紫金、银白色、蓝色

材料热变形温度：不同规格有不同的温度

铁镍合金

主要是用于高温下苛求优异的机械和化学特性的合金。主要拥挤航空航天工业的动力涡轮机和相关零件的制造，在高达700°C•的温度下，该合金具有极佳的蠕变断裂强度

钴铬钼超耐热合金CobaltChrome•MP1 一种基于钴铬钼超耐热合金材料，它具有优秀的机械性能、高抗腐蚀及抗温特性，被广泛应用于生物医学及航空航天

CobaltChrome SP2 材料成分与CobaltChrome•MP1•基本相同，抗腐蚀性较MP1•更强，目前主要应用于牙科义齿的的批量制造，包括牙冠、桥体等

钛合金

详细说明：生产最终使用的金属样件，质量可媲美开模加工的模型。钛合金模型的强度非常高，尺寸精密，能制作的最小细节的尺寸为0.1mm。

材料应用：家电、汽车制造、航空航天、医疗器械

材料颜色：银白色

材料热变形温度：熔点1672℃

铝合金

强度：高；

细节：好；

表面光滑度：高；

适用设备： EOS M金属粉末烧结成型设备

铜合金

铜合金，具有良好的机械性能、优秀的细节表现及表面质量、易于打磨、良好的收缩性可使烧结的样件达到很高的精度，适用于注塑模具和功能性原型件的制造。

金

材料说明：先将您的设计打印成一个蜡制样件，熔化的金料注入到用蜡制样件做出的模具内。通常情况下这样做出来的金件需要手工打磨才能完成。

材料应用：首饰、人像、纪念品

材料颜色：金黄

材料热变形温度：熔点1064.18 °C 市场价位：278元/克

镀银

材料说明：此种材料是一种坚固的标准银。银是一种导热导电性很强的金属，将其打磨后则表明非常明亮，并且极具延伸性。

材料应用：首饰、人像、纪念品

材料颜色：银白色

材料热变形温度：熔点： 1234.93 K℃

4、复合材料

非金属+金属

尼龙铝

材料说明：尼龙铝模型是由一种灰色铝粉及腈纶混合物制作而成。尼龙铝是一种高强度并且硬挺的材料，做成的样件能够承受较小的冲击力，并能在弯曲状态下抵抗一些压力。尺寸精度高，高强度，金属外观，适用于制作展示模型，模具镶件、夹具和小批量制造模具。

材料应用：飞机、汽车、火车、船舶、宇宙火箭、航天飞机、人造卫星、化学反应器、医疗器械、冷冻装置

材料颜色：银白色

材料热变形温度：（熔点660℃）

尼龙玻纤(玻璃纤维和尼龙) 材料说明：尼龙玻纤外观是一种白色的粉末。比起普通塑料，其拉伸强度、弯曲强度有所增强，具有极好的刚硬度，非常耐磨，耐热，性能稳定，能承受高温烤漆和金属喷涂，适用于制作展示模型，外壳件，高强度机械结构测试和短时间受热使用的零件，耐磨损零件。热变形温度以及材料的模量有所提高，材料的收缩率减小了，但材料表面变粗糙，冲击强度降低。

材料应用：汽车、家电、电子消费品

材料颜色：白色

材料热变形温度：110℃

市场价位：22元-48元/千克

5、其他材料

彩色石膏材料

材料说明：材料本身基于石膏的，易碎，坚固，色彩清晰。材料感觉起来很像岩石。按照需要使用不同的浸润方法，如低熔点蜡、Zbond 101、ZMax 90（强度依次递减）。全彩色3D打印模型易碎。基于在粉末介质上逐层打印的成型原理，3D打印成品在处理完毕后，表面可能出现细微的颗粒效果，在曲面表面可能出现细微的年轮状纹理。

材料应用：动漫，玩偶，建筑等

材料颜色：全彩色

材料热变形温度：200℃

市场价位：35元-40元/25千克

橡胶类材料

材料说明：橡胶类具备多种级别的弹性材料特征：这些材料所具备的肖氏 A 级硬度、断裂伸长率、抗撕裂强度和拉伸强度，使其非常适合于要求防滑或柔软表面的应用领域，如消费类电子产品、医疗设备和汽车内饰。

非常适用于：展览与交流模型

、橡胶包裹层和覆膜、柔软触感涂层和防滑表面、旋钮、把手、拉手、把手垫片、封条、橡皮软管、鞋类。 材料应用：轮胎，垫片等

材料颜色：黑色

材料热变形温度：50℃

市场价位：26元-46元/千克

建筑材料 食品材料

生物材料

(二) 3D打印技术瓶颈

耗材难题最致命

3D打印机自从诞生以来就给人一种“无所不能”的感觉，它可以打印人们日常生活用品，小到一只笔大到一辆车，甚至可以“建造”一幢房子，总之只有你想不到的没有它做不到的。但是人们往往只看到了它的神奇之处，3D打印机带给我们神奇的同时又隐藏着怎样的问题？

能打印出什么关键看耗材

3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。根据3D打印的原理来说，只要给3D打印机的使用与模型相同的材质，就能打印出于模型几乎一模一样的东西。比如面包，你使用面粉做材料，打印的面包是可以吃的，你使用塑料、石膏等材料打印的只能是面包的模型。然而关于3D打印的耗材并不广泛，从3D打印的原理来说，3D耗材的扩展，决定了3D打印机的能力边界。目前主要为塑料丝、金属丝、石膏粉等，这些材料无论是在精度和应用范围来说，让目前的3D打印机还停留在模型的制造上，它的更大价值还没有完全发挥出来。

耗材问题难以解决

几乎每一项新技术应用，都会经历很长的市场培育期。3D打印技术虽然已有近20年的发展历程，但仍存在缺陷。耗材的局限性是3D打印不得不面对的现实。目前，3D打印的耗材非常有限，现有的市场上的耗材多为石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。如果真要“打印”房屋或汽车，光靠这些材料是远远不够的。比如最重要的金属构件，这恰恰是3D打印的软肋。耗材的缺乏，也直接关系到3D打印的价格。打印一件飞机零部件，某种样品的金属粉末耗材一斤就要卖4万元，所以3D打印样品至少要卖2万元。但是，如果采用传统的工艺去工厂开模打样，几千元就可以做到。”由于3D打印工艺发展还不完善，特别是对快速成型软件技术的研究还不成熟，目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能满足工程直接使用，不能作为功能性部件，只能做原型使用。

以Stratasys公司3D打印车为例，车子固然能“打印”出来了，但是否能在路上顺利跑起来？使用寿命又有多长？从现有的技术来看，恐怕有点够呛：由于采用层层叠加的增材制造工艺，层和层之间的粘结再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，这意味着在一定外力条件下，“打印”的部件很可能会散架。

（三）3D打印材料前景

3D打印未来最赚钱的部分之一：材料。美国巨头3D System测算，未来3年，材料部分将成为3D行业最大的利润来源。目前《国家增材制造发展推进计划（2014-2020年）》（征求意见稿）已初步制订完成，年内将会出台。

国家对3D打印的发展目标包括：到2017年初步建立增材制造（俗称“3D打印”）技术创新体系，培育5至10家年产值超过5亿元、具有较强研发和应用能力的增材制造企业；并在全国形成一批研发及产业化示范基地等。在政策措施上，国家将加强组织领导，加强财政支持力度，并支持3D打印企业境内外上市、发行非金融企业债等融资工具。

在3D打印的重点发展方向上，征求意见稿拟定了五大方向：一是金属材料增材制造，包括针对航空航天，核电、能源等机械零部件直接制造需求，研制钛合金、高温合金等金属材料；二是非金属材料增材制造；三是医用材料增材制造，例如针对牙齿、假肢、手术导板、手术辅助器械等方面需求，开发医用外部矫形器械专用材料等；四是设计及工艺软件；五是增材制造装备关键零部件。

据了解，3D打印的巨大市场前景也吸引着众多企业。目前仅在国内资本市场上，涉足3D打印的上市公司数量也多达二、三十家。而据中国3D打印技术产业联盟数据，2013年全球3D打印市场规模约40亿美元，中国市场规模约达20亿人民币。也有机构乐观预测，未来几年，中国大陆3D打印市场每年将至少以1倍以上的速度成长，规模或将达到百亿元。

（四）3D打印材料市场价值分析

近年来,随着3D打印概念及应用的逐步普及，3D打印材料也面临着大幅度的市场需求。一份调研报告显示，过去一年，全球3D打印市场为8亿美元，预计2025年，全球3D打印市场将达到80亿美元。

此前，3D打印被称为快速成型技术，而这一名称将被替换为增材制造。从1980年代3D打印开始商业化之旅，其增长发展就比较缓慢。在其后的2009年，关键技术专利失效，市场上主要产品则被低价的热塑性塑料挤压机所占领，而后，市场则被热塑性纤维助推器所占领。当下其市场份额月有1.65亿美元，其后在2025年则将达到10亿美元市场。

当下，3D打印不像之前只能被用于一次性设备，而是用于成品制作以简化装配，加快设计迭代，放大设计自由，提供定制化服务并降低材料耗损浪费。因此，3D打印在航空航天、医疗整形、珠宝、骨科等部门较为常见。

3D打印材料并不"千篇一律"

3D打印技术的发展让更多的各种各样的材料被用于其中。不同于他们的传统模拟生产，此篇分析报告概述了印刷在不同材料的优点和缺点,每个应用程序,和技术数据的属性。在市场价值和数量方面的排序大致如下:

o感光性树脂

o热塑性纤维

o热塑性粉末

o金属粉末

o沙和粘结剂

o焊丝

o石膏

这七个关键材料市场总价值预计将从8亿美元增长到超过80亿美元。而这份材料目录将随着3D打印技术的不断发展而不断扩充：

o导电材料

o硅胶

o生物材料

o碳纤维

o风化层

o陶瓷

o石墨烯

行业应用地理化差异

许多关键金属打印机制造商和主要客户都在给欧洲,因此，欧洲地区在金属粉末购买市场占有绝对市场份额。爱好者市场还没有真正开始，所以亚洲的热塑性塑料销售小于在北美或欧洲。另外，材料的销售增长率因地区不同也有很大不同。

（五）国内外医用打印材料和临床应用相关动态

悉尼大学与上海医院共同研制出医用3D打印新材料

2014年10月10日，悉尼大学在上海宣布，该校教授HalaZreiqat已研究出一种骨骼置换的新材料，其坚固程度是目前普遍使用材料的100倍。目前，研究团队成功实现了这种新材料的3D打印，以确保为不同病患做出准确的骨骼形状。悉尼大学已和上海市第九人民医院合作，共同研究使用新材料的方法。

在临床上，传统的骨骼修复材料一般使用的是金属。而目前也有一些合成的替换材料可供使用，“自然骨质很难复制，因为其特点是既要有孔又要坚固。但目前使用的替换材料坚固度较差，比较硬脆且容易折断，无法在治疗过程中有效承重”，Zreiqat教授表示，因此有必要找到新的材料，能够在强度和结构上模拟自然骨质，并可以促进新骨质的生长，同时又要具备足够的耐受力，从而保证在植入后能够分担骨骼的受力。

Zreiqat教授介绍，其研究团队研制出的这种新的骨头置换材料在结构、强度和多孔性方面都与自然骨质十分相似，并且能够促进新骨质细胞的再生。这种材质的主要目的是促进正常细胞的生长，一旦骨头恢复，这种新的合成材料就会溶于体内。Zreiqat说，试验已证明，人体对新材料不会产生排斥性。而且我们可以利用这种材料按照需要制作大量的植入结构，所以不存在材料不足的问题。同时，其研究团队已成功对这种新材料进行了3D打印，这也是非常重要的一步，以确保这种合成材料可以塑造成所要替换部位的准确的骨骼形状。

牛津性能材料公司钛金属金属人体植入物

2013年7月，一种新的可被3D打印的人体植入材料被FDA批准，这是3D打印在医疗植入物的应用上具有里程碑的一件事。因为尽管钛的优点很多，可它毕竟是金属，一来干扰X射线，二来核磁共振基本没戏；这就限制了钛只能植入替代一些对精确度要求比较低的人体部位，比方臀部这块；而如果病人要补脑壳，这种要求非常精细的手术，通常需要核磁成像的引导，钛就不可能被用到了。

而这种新被批准的可3D打印的材料是具有生物适应性的聚醚酮酮，塑料制品，因此不需要担心影响成像。而且由于是可以被3D打印的（具体来讲是采用选择性激光烧结（SLS）工艺），因此制成的植入物将是严丝合缝，需要最少调整的完美植入物。此外这种新材料不仅在强度和韧性上能够达到骨头的要求，而且还具有骨导性（osteoconductive），换句话讲，骨细胞也能在这种材料上生长。这种材料的研发者是 Oxford Performance Materials，牛津性能材料公司，他们从2006年开始研制，他们将这种材料命名为 OsteoFab，是第一个被FDA批准的非金属3D可3D打印的人体植入物。

阿科玛3D打印材料获医用材料认证

法国阿科玛公司（Arkema）宣布，该公司的3D打印机用材料“RilsanInventNatural”获得了美国药典（USP）6级认证，能够用于医疗器械及医药品容器等用途。该公司在11月25～28日于德国法兰克福举行的“EuroMold2014”上展出了利用该材料制作的样品。

RilsanInventNatural是原材料100%来源于植物的聚酰胺（尼龙）11，作为用于SLS（选择性激光烧结）式3D打印机的材料供应。SLS式3D打印机的原理是逐层使用激光使部分树脂粉末熔化、然后凝固成型。该材料获得USP6级认证后，应用范围将得到扩展，可用作假肢及牙套等的造型用材料。聚酰胺11的化学特性与聚酰胺12基本相同，但韧性更高不易断裂，因此有望用于受力较大的假肢等。

迪康的生物玻璃可以做3D生物骨骼打印原材料

生物玻璃（bioglass）能实现特定的生物、生理功能的玻璃。将生物玻璃植入人体骨缺损部位，它能与骨组织直接结合，起到修复骨组织、恢复其功能的作用。生物玻璃是佛罗里达大学美国人L.L.亨奇于1969年发明的。其主要成分有约占45％Na2O、占25％CaO与25％SiO2和约占5％P2O5。若添加少量其他成分，如K2O、MgO、CaF2、B2O3等，则可得到一系列有实用价值的生物玻璃。用这种玻璃来造人体骨比某些金属要优越的多。只有迪康有生物玻璃生产。

创生医疗器械公司成立专门机构——— 3D打印生产人体骨骼

2014年9月25日创生医疗器械(中国)有限公司3D打印研发中心正式投用，在国内首次生产3D打印的高端骨骼假体产品。创生公司成立于1986年，2010年在香港上市，去年由全球最大的骨科器械企业美国史赛克公司收购。此次，创生公司完全吸收了史赛克积累多年的3D打印技术，并从德国引进世界上最先进、在我国骨科领域唯一使用金属粉末的3D打印机。与传统技术相比，3D打印的钛合金骨骼产品有两大优势：一是可以按照病人的骨骼特点“量体裁衣”，实现精确的个性化定制；二是该类植入物带有可供骨头长入的孔隙，相邻骨头在生长中会与假骨结成一体，有利于骨骼康复。这种产品安装在人体中，一般可长期使用。

Objet有限公司推出了适用于3D打印医疗和牙科用户的新型生物相容性材料

该新型材料适用于需要长期皮肤接触（30天以上）和短期粘膜接触（最长24小时）的应用情况。根据协调标准 ISO 10993-1，该材料通过了五项医疗审批：

细胞毒性、基因毒性、迟发型超敏反应、刺激性和美国药典塑料VI级。 Objet 生物相容性材料制造通过了ISO 13485:2003认证，满足医疗设备设计和制造综合质量管理系统的要求。

第二章

3D打印在生物医学领域的应用

一、3D打印在生物医学领域的应用

目前，3D打印在医疗生物行业的应用主要包括四个方面：

（1）3D模型打印：用于教学和病例讨论、模拟手术、整形手术效果比较等

（2）体外医疗器械制造——无需生物相容的材料

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。医学模型快速建造。医学道具、模型、用品等材料可通过3D打印获得。利用3D打印技术，可将计算机影像数据信息形成实体结构，用于医学教学和手术模拟。传统医学教学模型制作方法时间长，且搬运过程容易损坏，使用3D打印技术，可有效减少制作时间，根据需要随时制作，并降低搬运损坏的风险。根据美国组织AmputeeCoalition的统计，目前美国正有约200万人使用3D打印假肢。

（3）个性化永久植入物——牙种植、骨骼移植等

对人体身体部位的复制是高度定制化的产品，通过3D打印，这些部件可以与身体完全契合，与身体融为一体。以骨骼为例，当人体的某块骨骼需要置换，可扫描对称的骨骼，再打印出相应的骨骼，最后通过手术植入人体内。人体组织器官代替物的材料要求很高，实现难度大。但目前已有一些成功案例，比如复制人体骨骼，制作义肢等。比如，人体某块骨骼缺失或损坏需要置换，首先可扫描对称的骨骼，形成计算机图形并做对称变换，再打印制作出相应骨骼。与传统方法相比，该技术不需要先制作模具，可直接打印，建造速度较快。这项技术可应用于牙种植、骨骼移植等。在制造过程中，研究人员扫描患者骨骼需求位置情况，并设计出骨骼部件的模型，在机器作用下，材料就以层叠方式累积起来，经过固定成形，制成一个人造骨骼实物。脸部修饰与美容也可用到这一技术。利用 3D 打印技术制作脸部损伤组织，如耳、鼻、皮肤等，可以得到与患者精确匹配的相应组织，为患者重新塑造头部完整形象，达到美观效果。首先扫描脸部建立起 3D 计算机数据，医生可以制作出患者所缺少的部位，重现原来面貌。比起传统技术，该方法更精确，材质选择更加多样化。随着3D打印技术所支持材质的增多，打印质量的精细化，以及美容市场的壮大，脸部修饰与美容应用将有更加广阔的天地，应用水平亦将得到进一步提高。

在国内，3D打印“骨骼”技术已经于2013年被正式批准进入临床观察阶段。目前，北京大学第三医院骨科专家刘忠军教授带领的团队在征得病人同意后，已有近40位患者植入了3D打印出的“骨骼”。该院在脊柱及关节外科领域研发出3D打印脊柱外科植入物，其中颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节三个产品已经进入临床观察阶段。这种3D打印的假骨有助将周边的骨头吸引过来，使人体骨骼和植入物结合起来，促进患者康复。到目前，使用3D打印骨骼的患者恢复情况非常好，在很短的时间内，就可以看到骨细胞已经长进到打印骨骼的孔隙里面。

（4）细胞打印

细胞打印属较为前沿的研究领域，是一种基于微滴沉积的技术——一层热敏胶材料一层细胞逐层打印，热敏胶材料温度经过调控后会降解，形成含有细胞的三维结构体。细胞打印能够：

1）为再生医学、组织工程、干细胞和癌症等生命科学和基础医学研究领域提供新的研究工具。

2）为构建和修复组织器官提供新的临床医学技术，推动外科修复整形、再生医学和移植医学的发展。

3）应用于药物筛选技术和药物控释技术，在药物开发领域具有广泛前景。

在这一领域领军的Organovo公司，已经成功研发打印出心肌组织，肺脏，动静脉血管等。虽然目前这一技术的应用尚处于试验阶段，但未来有望逐步应用于器官移植手术中。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。

二、3D打印医疗领域应用实例

北京大学第三医院：3D打印骨骼植入近40位患者

北京大学第三医院骨科刘忠军带领的团队在脊柱及关节外科领域研发出了几十个3D打印脊柱外科植入物，其中包括颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节在内的三个产品已经进入了临床观察阶段。将3D打印内植物用于脊柱外科手术，国内外尚未见报道。骨科主任刘忠军介绍，与传统技术相比，3D打印的骨骼有两大优势。一个是想做什么形状的骨骼都可以。3D打印技术可以直接生产出同一形状、体积的内植物，填充到缺损部位里面，上下用螺钉固定，就非常牢固。第二个优点是该类植入物带有可供骨头长入的孔隙，可以将周边的骨头吸引进来，使真骨与假骨之间结成牢固的一体，患者骨骼能尽快康复。 浙江大学附属第一医院宣布完成首例3D打印人工椎体置换手术。

据介绍，患者在浙江大学附属第一医院骨科进行就诊时发现患有“骨化性纤维瘤”，其第10、11节的胸椎已经遭到明显的侵蚀性破坏，并出现病理性骨折。以骨科主任林向进为首的医疗小组在征求了患者意见后，决定采用3D激光打印技术，量身定做了个性化的钛合金人工椎体，并于2014年12月3日实施了置换手术，目前患者术后恢复情况良好。

天津医院完成一例手术 3D技术打印出膝关节

2014年12月10日从天津医院获悉，该院关节外科中心(天津市关节外科中心)应用3D打印技术打印截骨模块指导术中截骨，成功为一位终末期膝关节骨性关节炎伴有股骨骨折愈合畸形的患者进行了膝关节表面置换手术，该技术处于国际领先水平，填补了本市这一领域的技术空白。

口腔医院引进3D打印机

假牙制作水平提高

2013年南京市口腔医院引进了一台国际最先进的牙科专用3D打印机，使该院义齿（假牙）制作实现向超高精度三维数字化水平的新跨越。南京市口腔医院引进的3D打印机主要用于固定义齿、活动义齿和种植义齿等各类义齿的制作。该设备的投入使用，使该院假牙制作从传统的手工制作转向全自动、数字化制作，从有模制造转向无模制造，缩短了假牙制作的流程，节省了假牙合金材料的损耗和成本，保证了假牙的适合度和边缘密合度，显著提高了假牙的制作水平和工作效率。

世界首例3D打印金属锁骨和肩胛骨植入手术在西京医院成功实施

西安第四军医大学西京骨科医院骨肿瘤科郭征教授带领的团队，采用金属3D打印技术制备出与患者锁骨和肩胛骨完全一致的钛合金假体，并成功植入骨肿瘤患者体内，成为肩胛带不定形骨重建的世界首次应用，标志着3D打印个体化金属骨骼修复技术的进一步成熟。作为中华医学会医学工程学分会数字骨科学组副组长，郭征教授带领的团队在该领域已经进行了多年的研发工作，前期研究成果在 Biomaterials 等杂志上发表并获得3项国家发明专利授权，形成了脊柱椎间融合器、股骨头支撑棒和骨肿瘤个体化假体3D打印系列产品，目前正进行产品检测和临床验证工作。

湖南医院运用3D打印技术帮助患者植牙

将3D打印技术运用到患者牙齿种植手术中，这是长沙市第三医院推出的一项“特色服务”。患者到医院拍摄牙齿CT片后，医生提取CT数据，对CT数据进行三维重建处理，获得牙齿全部数据，通过计算机软件模拟种植，完成种植方案，最后给患者实施手术。

据徐红教授介绍，在给患者拍完牙齿CT后，同时采用光学扫描仪获取牙齿的石膏模型，随后，专家利用3D打印技术和光学扫描仪精确的判断出缺失牙床的位置、牙床骨的深度、厚度、角度等情况，然后将种植牙齿沿着3D打印导向模板的方向种植，不到半小时就结束手术。专家指出，3D种植牙模板可以为医生呈现有如活体般的立体影像，让医生在实际的骨骼空间中找到最佳种植牙角度和位置，让种植牙术后效果更加完美。

对于医生而言，由于每位患者的口腔健康情况不一样、颌骨三维不规则性等原因，牙种植体在数量、位置、形状等方面的设计一直都是临床口腔科医生的难点。而3D种植牙导向模板的应用，让医生摆脱了传统种植牙切开翻起牙肉、缝合、拆线等步骤，将患者的创伤降低到最小程度，减少了肿痛和出血量和感染的风险。3D种植牙导向模板的运用标志口腔种植技术进入了更精确、更安全的微创时代。

Stratasys牙科3D打印机进入数字技术时代

Stratasys公司近日宣称牙科诊所将进入数字技术时代。2013年Stratasys公司推出了Objet30 OrthoDesk 3D打印机，该产品主要针对规模较小的牙科正畸实验室和诊所。3D打印机使得牙医能够大幅度缩短创建牙冠、牙桥或手术导板模具的时间。2014年1月，Stratasys公司宣布，其3Shape植入工作室之植入规划&手术指南设计软件增加了对其Objet30 OrthoDesk和Objet Eden Objet 3D打印机的设置优化和打印支持功能。牙医使用3Shape植入工作室软件配合CBCT扫描，可以实现精确的植入规划、假牙和钻孔引导设计。而现在，这项功能进一步延伸，他们将能够使用3D打印机来创建高度精确的牙冠和牙桥模具。新增的Stratasys Objet系列3D打印机支持功能使得3Shape用户可以生成经过优化的STL文件，并通过3D打印机打印出来，确保了整个工作流程的顺畅。

海信涉足3D骨骼打印技术

2014年12月5日国内首家“定制化数字医疗3D打印联盟”在山东青岛成立。这支由海信医疗设备股份有限公司、威高骨科材料股份有限公司、青岛大学附属医院三方联合成立的组织，将共享各自在硬件、软件和临床应用等方面的优势资源，共同推动“定制化数字医疗3D打印”临床应用行业标准和国家标准的制定。

据悉，联盟专注于骨科、脑外科等3D骨骼打印，材料主要为定制化骨科钛合金植入物，打印出的产品比其他材料更贴合人体组织。

第三章

国内外3D打印相关企业情况

3D打印技术起源于美国，生产和应用3D打印机的国家均是美国。截止2011年末，全球累计销售的4.9万台专业级3D打印机中，将近3/4为美国制造，其次为欧洲（10.2%）和以色列（9.3%），而中国仅占3.6%。从保有量来看，专业级打印机约有38%在美国，而日本、德国、中国分别为8~10%的水平。

一、国外相关企业

在全球3D打印设备市场，3DSystems和Stratasys是两家具有突出地位的企业，除了起步较早以外，两家企业还大规模地采用并购策略，完善产品线、巩固领先优势。例如，Stratasys公司2012年4月以14亿美元并购了以色列Object公司，2013年6月以4亿美元收购了美国MakerBot公司，分别获得PolyjetMatrix技术和桌面级产品技术；而3Dsystems公司在过去几年更是收购了30多家企业，涵盖了3D打印的全价值链。目前，独立运作的3D打印设备制造商还有美国ExOne、德国EOS、以色列Solido、德国Envisiontec等，它们分别在特定领域和细分市场具有比较优势。

随着技术逐渐成熟，越来越多的大型工业集团也对进军3D打印市场跃跃欲试。“打印机之王”惠普公司在2010年曾与Stratasys公司合作共同生产3D打印机，并于2010年4月推出Designjet3D，定价约17，000美元。在众多廉价打印机的冲击下，产品的市场反应未达预期，之后惠普与Stratasys宣布终止合作。近期，惠普公司有望重新回归3D打印市场，并推出其全新研发的3D打印机。除了硬件制造，软件公司也开始在3D打印领域发力。2013年，微软公司在其Windows8.1系统中发布3D打印设计软件，只要连接支持Windows8.1的3D打印机即可实现3D打印。

1、美国Stratasys公司：是全球最大的工业级3D打印机生产商

早在1989年，ScottCrump和合作伙伴在美国明尼苏达州一起创建了Stratasys公司，并在1992年推出其3D打印的首个产品。结合自有研发、收购IBM相关技术，Stratasys逐渐成为FDM（熔融快速成型）技术的领军企业。2011年5月，Stratasys收购了在蜡模和铸件制作等方面拥有先进技术的Solidscape公司；2012年4月，Stratasys以14亿美元收购了以色列Objet公司，从而得到后者的PolyjetMatrix技术；2013年6月，Stratasys以4亿美元收购了MakerBot公司，加强了在桌面消费级市场的影响力。截止2012年底，Stratasys公司总共出售超过29，000台3D打印设备，位居3D打印设备制造业的首位。2013年前3季度，Stratasys的营业收入为3.31亿美元（其中，产品占收入比例为85%左右），实现净利润0.56亿美元（Non-GAAP）。

Stratasys共拥有四大技术平台：

（1）FDM技术，使用热塑性材料，制造的产品耐久性良好、环境友好；

（2）PolyjetMatrix技术，使用树脂类材料，制造的产品细节丰富、表面光洁度高，可同时使用多种材料；

（3）SmoothCurvaturePrinting技术，使用热塑性材料，制造的蜡模等具有高精密性；

（4）Extrudedplasticfilament技术，使用热塑性挤压型材，主要应用于桌面级产品。

在收购MakerBot以前，Stratasys的产品可分为三大序列：

（1）Idea系列，主要用于概念模型，其单价为10，000~20，000美元，型号包括uPrint和Mojo；

（2）Design系列，主要用于原型制造，其单价为25，000~60，000美元，型号包括Desktop、Dimension、Fortus250mc、EdenFamily、ConnexFamily、Objet1000等；

（3）Production系列，主要用于制造过程，其单价为30，000~380，000美元，型号包括Fortus360mc、Fortus400mc、Fortus900mc、3ZPro、Ortho30等。

收购MakerBot后，Stratasys得到MakerBotReplicator2的桌面级和实验室级3D打印机产品（单台售价在2，200~2，800美元），以及相关的扫描设备Digitizer3DScanner、3D打印网站Thingiverse等。

2、美国3D Systems公司：既从事3D打印机生产，也提供打印服务

1986年，SLA技术的发明者Chuck Hull在美国加州创建了3D Systems公司。经过二十余年的发展，包括多次并购，3D Systems已成为3D打印领域的一家涵盖多种技术、多层次产品与服务的大型企业集团。2012年底，3D Systems共有1010名全时雇员，拥有专利数量达到852个，另有208个专利正在申请过程中。3D Systems公司(DDD.NYSE)是全球最大的3D打印机生产商和解决方案提供者。

从2009年收购桌面工厂(Desktop Factory)以来，3D Systems陆续收购了25家公司以补充产品线和提升技术实力，其如今的规模是2009年底的3倍，市值是当时的10倍，达近24亿美元，目前市盈率高达75倍。1988年，该公司就生产了第一台3D打印机2012年5月，3D Systems通过一款新型打印机“立方体” (Cube)打开了日常消费市场，它的自带程序里已预先装载大量物品设计图，比如棋子、首饰、厨具等，操作简单易上手，顾客无须学习复杂的3D设计软件，便可直接打印所需物品。

3D Systems向客户提供“一站式”全套增值解决方案，包括硬件、软件、材料、工艺、教育培训和应用支持。它不仅提供打印机，还出售打印机配套的原材料、相关设计软件，并为客户提供培训，其解决方案涉及模具、医疗、教育、珠宝、建筑等行业。

3D Systems具有鲜明的收购战略。2009年以来，3D Systems完成的并购超过30起，支付的并购资金超过3亿美元。2011年11月，对Z-Corp公司的并购使3DSystems的技术多元化和市场份额得到显著提升，从而奠定了其在3D打印领域的地位。

与Stratasys公司的收入主要来源于3D打印设备销售不同，3D Systems的业务包括了打印设备、材料、服务等三大板块，2013年前3季度分别贡献收入的43%、25%、32%。在销售区域方面，欧美等发达国家是3D Systems的主要市场，来自美国市场的销售占全部销售收入的比例达到56%，其次为德国占10%，而欧洲其他国家和亚太地区则分别占16%、18%。3D Systems按场合和功能将产品分为多个序列，其中，偏向于制造的高端产品单价可达到250，000~950，000美元，中端产品单价为20，000~250，000美元，偏向于模型设计的低端产品单价为1，300~20，000美元。在技术方面，3D Systems的产品涵盖了SLA、SLS、SLM等七大技术类型，应用的材料达到100多种。

互联网服务提供商Shapeways 是3D Systems的网络版，Shapeways并不直接出售打印机，而是通过社交网络把“全价值链”搬到了线上。用户在网站注册后，既可以把自己的产品设计上传到网站，也可以购买现有的3D设计图，再选择和购买原材料，就可以下单，公司会将打印出来的成品送货上门。此外，用户也可以在线展示和销售产品，并将产品卖给其他人。2011年Shapeways已经印制了75万种产品，最受欢迎的是珠宝首饰、iPhone手机套和玩具火车，使用的材料包括塑料、不锈钢、银、陶瓷和玻璃。目前，Shapeways还在研发更多的3D打印原料，如木材、蜡甚至钛、金等高端金属。

3、3D Systems和Stratasys：是全球3D打印市场的两大龙头。

两家公司在全球3D打印市场中的统治地位主要体现在专业3D打印机领域，两者合计占据2010年全球专业打印机销量的74%，其中Stratasys占56%，3D Systems占18%。此外，3D Systems还是个人打印机市场的龙头企业，2010年出货量达到2500台(占个人打印机全球销量的42%).Stratasys则更加专注于专业打印机的生产销售，没有涉及个人打印机。

Stratasys和3DSystems在发展模式上也有所不同。3DSystems业务较广，涉及3D打印材料，打印机系统以及3D打印服务三个业务范围，且三项业务基本上评分秋色。Stratasys在业务上则更加专注于打印机系统的销售，3D打印服务涉及较少。

此外，在公司扩张策略上，3DSystems采取了强力并购的发展模式，通过并购获取其它技术专利，并将自己的业务范围从专业打印机领域扩展到个人打印机领域(如收购BfB等)