论3D打印的应用和发展前景

3D打印是一种俗称，也叫快速成形技术、增材制造技术。原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片然后由3D打印机把打印材料按切片图形逐层叠加，最终堆积成完整的物体。3D打印是将计算机与材料科学紧密联系起来一种新兴技术。要想知道3D打印的发展前景，就要弄清楚这门技术的优势和其与市场的结合度。

一、3D打印的工作原理及其应用方向

(一)

工作原理

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。3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。

每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，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，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。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。

打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。当然受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。

由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。

(二)

3D打印的应用方向。

3D打印其实就是一种快速成形制造技术，那么理论上3D打印就可以应用于国民经济体系中任何与制造有关行业，但是由于受到原材料和打印机价格等方面因素的制约，目前3D打印主要在以下几个方面有着广泛的应用：

1、工业企业新产品设计、试制及快速打印成形。

2、个性化产品设计及快速打印制造；

3、各种创意产品、玩具、礼物、文物、动漫游戏角色及人物模型等克隆复制；

4、3D照相馆；5、医疗行业人体器官、医疗器械打印；

6、建筑模型制作；

7、教育、科研、军事等行业的应用。

我们仔细观察这些领域，会发现一个共同点，那就是需要快速制造。在新产品的研发过程中，样品的设计不可能先制造出生产机器，再去制造出样品，这样不仅会耗时耗力，而且一旦产品的研制出现问题，那么就会造成钱财的浪费，同时这样的生产周期很长。而3D打印则很好的解决了这个问题，首先样品的制造速度很快，不用等上很长时间。其次，即使产品研发失败也不会造成很大的损失。

二、3D打印的发展前景

对于3D打印的发展前景这个话题的论述，我们需要了解3D打印的具体有哪些特点和优势，其次我们还需要分析3D打印目前在市场上的反应如何。

（一）3D打印的技术的长处。

1、制造速度快。3D打印机技能是并行工程中进行杂乱原型或许零件制造的有用手法，能使商品描绘和模具出产同步进行，然后进步公司研制功率，缩短商品描绘周期，极大的降低了新品开发的本钱及危险，关于外形尺寸较小，异形的商品特别适用。

CAD/CAM 技能的集成描绘制造一体化一向来说是如今的一个难点，计算机辅佐技能（CAPP）在现阶段因为还无法与CAD、CAM 彻底的无缝对接，这也是制约制造业信息化一向以来的难点之一，而快速成型技术能集成CAD、CAM、激光技能、数控技能、化工、资料工程等多项技能，使得描绘制造一体化的概念完满完结。彻底再现三维作用通过疾速成型制造完结的零部件，彻底实在的再现三维外型，无论外表面的异形曲面仍是内腔的异形孔，都能够实在准确的完结外型，基本上不再需求再凭借外部设备进行修正

2、资料品种繁复。到当前为止，各类3D 打印机设备上所运用的资料品种有许多，树脂、尼龙、塑料、白腊、纸以及金属或陶瓷的粉末，基本上满意了绝大多数商品对资料的机械功用需求。发明明显的经济效益与传统机械加工办法比拟，开发本钱上节省10倍以上，相同，疾速成型技能缩短了公司的商品开发周期，使的在新品开发进程中呈现重复修正描绘方案的疑问大大削减，也基本上消除了修正模具的疑问，发明的经济效益是清楚明了的。

3、运用职业范畴广泛。3D 打印通过这些年的开展，已基本上构成了一套体系，相同，可运用的职业也逐步扩展，从商品描绘到模具描绘与制造，资料工程、医学研讨、文化艺术、修建工程等等都逐步的运用3D打印，使得3D 打印有着宽广的远景。

（二）3D打印技术的未来

根据目前3D打印的现状和其优势以及技术特点，我们可以做出以下的判断：未来3D打印会朝着两端发展：激光技术适合更复杂的生产，而熔融技术则更适合家用和小规模的制造。总的来看，中国3D 打印产业化的条件已经成熟，未来几年将是市场扩展的“成长期”。可以对3D打印的发展趋势做出预见：

1、3D打印既是制造业，更是服务业。3D打印产业链涉及到很多环节，包括3D打印机设备制造商、3D 模型软件供应商、3D打印机服务商和3D打印材料的供应商。因此围绕3D打印的产业链会产生很多机会。在3D打印产业链里，除了出现大品牌的生产厂商外，也有可能出现基于3D打印提供服务的巨头。这里可以举个例子说明3D打印带来的服务和营销模式创新。典型代表就是美国的Quirky公司，该公司的特色是众包：公司通过Facebook和Twitter等社会媒体接收公众提交的产品设计思路，并由公司的注册用户进行评论和投票表决，如此每周挑选出一个产品进行3D打印生产，参加产品设计和修正过程的众包人员可分享30%的营业额。Quirky的模式关键之处在于给发明者提供了一个优秀的平台，这里可以把自己的创意变成实物，并且通过Quirky自己和包括美国亚马逊在内多个电子商务平台进行销售，设计者会从销售中提成。

2、近中期，将会与传统的制造技术形成互补。相较于传统生产方式，3D打印技术的确是重大的变革，但目前和近中期还不具备推动第三次工业革命的本领，也不会是传统制造业的终结者。3D打印技术虽然也许会重振部分发达国家制造业竞争力，但是短期内还难以颠覆整个传统制造业模式。理由有三：一是3D打印只是新的精密技术与信息化技术的融合，相比于机器化大生产，不是替代关系，而是平行和互补关系；二是3D打印原材料种类有限，决定了绝大多数产品打印不出来；三是个性化打印成本极高，很难实现传统制造方式的大批量、低成本制造。目前的3D打印技术在复杂构件、新产品开发、协同制造和实现创意方面较有优势，最理想的应用是在个性化或者定制化的领域。因此，近中期还不可能完全替代传统的制造技术，应该是优势互补。

3、从长期来看，3D打印技术是典型的颠覆性技术。哈佛商学院教授克莱顿·克里斯坦森提出的颠覆式创新理论表明，新进入者如果抓住市场的特殊需求，进入边缘应用领域，当它的技术不断改进直至被主流市场接受时，便会替代传统技术轨迹晋升为主流技术。从长远看，这项技术最终将给工业生产和经济组织模式带来颠覆式的改变。

从长期来看，3D打印技术其实就是颠覆性、破坏性的技术。当前，3D打印技术的应用迄今被局限于利基市场（Niche Market，即高度专门化的需求市场）或细分市场（Market Segmentation），如医疗或模具。但根据克里斯滕森的理论，颠覆性技术会不断发展，以低成本满足较高端市场的需要，然后采取“农村包围城市”的方式逐步夺取天下。

尽管3D打印主要适用于小批量生产，但是其打印的产品可以远远优于传统制造业生产的产品——更轻便、更坚固、定制化、直接组装成型。3D打印的另一个颠覆性特征是：单台机器能创建各种完全不同的产品。而传统制造方式需要改变流水线才能完成定制生产，其过程需要昂贵的设备投资和长时间的工厂停机。不难想象，未来的工厂可以用同一个车间的3D打印机既制造茶杯，又制造汽车零部件和量身定制的医疗产品。

3D打印可以在提升工业领域的产品开发水平的同时有助于攻克技术难关，可以提高工业设计能力，可以生产出复杂、特殊、个性化产品，可以形成新的经济增长点，促进就业3D打印技术显示出巨大的潜在优势。未来的3D打印将在民用和工业应用两方面获得不可思议的进展。未来3D打印机生产的产品将无孔不入。从长远看，这项技术应用范围之广将超乎想象,最终将给人们的生产和生活方式带颠覆式的改变。

参考文献

[1]

沈又天，3D打印技术概述和未来市场前景的基本判断

[2]

袁志彬，3D打印的发展趋势和政策建议，《东方早报•上海经济评论》第C11版，2013年5月21日