3D打印技術(shù)是指由計算機輔助設(shè)計模型（CAD）直接驅(qū)動的，運用金屬、塑料、陶瓷、樹脂、蠟、紙、砂等材料，在快速成形設(shè)備里分層制造任何復(fù)雜形狀的物理實體的技術(shù)?；玖鞒淌?，先用計算機軟件設(shè)計三維模型，然后把三維數(shù)字模型離散為面、線和點，再通過3D打印設(shè)備分層堆積，最后變成一個三維的實物。

　　1、3D打?。旱谌喂I(yè)革命的標(biāo)志性生產(chǎn)工具

　　傳統(tǒng)制造技術(shù)是“減材制造技術(shù)”，3D打印則是“增材制造技術(shù)”，具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢，被譽為“第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具”。3D打印將多維制造變成簡單的由下而上的二維疊加，從而大大降低了設(shè)計與制造的復(fù)雜度。同時，3D打印還可以制造傳統(tǒng)方式無法加工的奇異結(jié)構(gòu)，尤其適合動力設(shè)備、航空航天、汽車等高端產(chǎn)品上的關(guān)鍵零部件的制造。

　　上一輪的工業(yè)革命中，制造業(yè)主要通過批量化的流水線制造和集約生產(chǎn)來降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)規(guī)模效益。原來是制造商和消費者分離，現(xiàn)在是制造商和消費者合為一體，開展自工業(yè)化。3D打印將引發(fā)真正意義上的制造業(yè)革命，產(chǎn)業(yè)組織形態(tài)和供應(yīng)鏈模式都將被重新構(gòu)建，帶來無窮的創(chuàng)新空間。

　　1.1、3D打印仍處于前沿科學(xué)

　　根據(jù)2012年Gartner技術(shù)成熟曲線顯示，目前3D打印技術(shù)處于“過高期望的峰值”（PeakofInflated Expectations）：在此階段的特征就是早期公眾過分關(guān)注。

　　回顧過去10年，2000年3D打印出現(xiàn)一輪高潮，當(dāng)時的概念為“快速成型”，全國很多地方都建立相應(yīng)的生產(chǎn)力促進(jìn)中心，主要購買光固化設(shè)備。但是后來受到CNC技術(shù)（數(shù)控加工，是數(shù)字化加工的一種，屬于去除加工的形式）的競爭，很多快速成型的工藝，CNC也能做，且快速成型生產(chǎn)的產(chǎn)品在精度和效率方面都高于3D打?。恢?D打印在工業(yè)上慢慢萎縮。當(dāng)然，過去10年3D打印技術(shù)也在發(fā)展，目前已經(jīng)達(dá)到與鑄造精度相媲美的技術(shù)水平，但與一般的工業(yè)應(yīng)用仍有距離。目前，3D打印是作為CNC技術(shù)的一個補充。

　　目前3D打印仍待解決的問題包括：1）材料，開發(fā)專用材料的成本大。2）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)待建立。3）涉及到法律法規(guī)及倫理領(lǐng)域的問題。

　　1.2、歐美發(fā)展：應(yīng)用廣泛

　　3D打印技術(shù)誕生于上世紀(jì)80年代的美國，此后馬上出現(xiàn)第一波小高潮，美國很快涌現(xiàn)出多家3D打印公司：1984年，Charles Hull開始研發(fā)3D打印技術(shù)，1986年，他自立門戶，創(chuàng)辦了世界上第一家3D打印技術(shù)公司（3DSystems公司也是目前3D市場領(lǐng)軍者之一），同年發(fā)布了第一款商用3D打印機。

　　1988年，Scott Crump發(fā)明了FDM（熱熔擠制成型）技術(shù)，并于1989年成立了現(xiàn)在的另一家3D打印上市公司Stratasys（NASDAQ：SSYS），該公司在1992年賣出了第一臺商用3D打印機。

　　到了21世紀(jì)初，3D打印沉寂下來，許多人開始質(zhì)疑這種技術(shù)的可靠性，當(dāng)時只能做一些塑料模型，強度和精度都不高。直到2008年，開源3D打印項目RepRap發(fā)布“Darwin”，3D打印機制造進(jìn)入新紀(jì)元；同年，Objet推出Connex500，讓多材料3D打印成為可能。

　　在歐美3D打印技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。目前限制金屬材料發(fā)展的主要的問題是其成形制造效率不高，每個小時大約只有100-3000克。

　　1.3、國內(nèi)發(fā)展：設(shè)備多集中在教育領(lǐng)域

　　中國從1991年開始研究3D打印技術(shù)，當(dāng)時的名稱叫快速原型技術(shù)（RapidPrototyping），即開發(fā)樣品之前的實物模型；具體在國際上有幾種成熟的工藝，分層實體制造（LOM）、立體光刻（SL）、熔融擠壓（FDM）、激光燒結(jié)（SLS）等（后文會將重要技術(shù)一一詳述），國內(nèi)也在不斷跟蹤開發(fā)。2000年前后，這些工藝從實驗室研究逐步向工程化、產(chǎn)品化轉(zhuǎn)化。

　　由于做出來的只是原型，而不是可以使用的產(chǎn)品，而且國內(nèi)對產(chǎn)品開發(fā)也不重視，大多是抄襲，所以快速原型技術(shù)在中國工業(yè)領(lǐng)域普及得很慢，全國每年僅銷售幾十臺快速原型設(shè)備，主要應(yīng)用于職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)、高校等教育領(lǐng)域。

　　2000年以后，清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交大等高校繼續(xù)研究3D打印技術(shù)。西安交大側(cè)重于應(yīng)用，做一些模具和航空航天的零部件；華中科技大學(xué)開發(fā)了不同的3D打印設(shè)備；清華大學(xué)把快速成形技術(shù)轉(zhuǎn)移到企業(yè)--殷華（后改為太爾時代）后，把研究重點放在了生物制造領(lǐng)域。

　　目前國內(nèi)的3D打印設(shè)備和服務(wù)企業(yè)一共有二十多家，規(guī)模都較小。一類是十年前就開始技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，如北京太爾時代、北京隆源、武漢濱湖、陜西恒通等。這些企業(yè)都有自身的核心技術(shù)。另一類是2010年左右成立的，如湖南華曙、先臨三維、紫金立德、飛爾康、峰華卓立等。而華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)等高校和科研機構(gòu)是重要的3D技術(shù)培育基地。

    1.4、國內(nèi)外技術(shù)差距大

　　從2012年設(shè)備數(shù)量上看，美國目前各種3D打印設(shè)備的數(shù)量占全世界40%，而中國只有8%左右。國內(nèi)3D打印在過去20年發(fā)展比較緩慢，在技術(shù)上存在瓶頸。1）材料的種類和性能受限制，特別是使用金屬材料制造還存在問題。2）成形的效率需要進(jìn)一步提高。3）在工藝的尺寸、精度和穩(wěn)定性上迫切需要加強。

　　隨著美國“再工業(yè)化、再制造化”的口號呼喊，3D打印所打造的少勞動力制造將給美國極大的動力去發(fā)展。中國與美國的差距主要表現(xiàn)在：1）產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢，市場需求不足；2）美國3D打印產(chǎn)品的快速制造水平比國內(nèi)高；3）燒結(jié)的材料尤其是金屬材料，質(zhì)量和性能比我們好；4）激光燒結(jié)陶瓷粉末、金屬粉末的工藝方面還有一定差距；5）國內(nèi)企業(yè)的收入結(jié)構(gòu)單一，主要靠賣3D打印設(shè)備，而美國的公司是多元經(jīng)營，設(shè)備、服務(wù)和材料基本各占銷售收入的1/3。在全球3D模型制造技術(shù)的專利實力榜單上，美國3DSystems公司、日本松下公司和德國EOS公司遙遙領(lǐng)先。

　　展望未來，3D打印是以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，以個性化、短流程為特征，實現(xiàn)直接制造、桌邊制造和批量定制的新的制造方式。其生長點表現(xiàn)在：與生物工程的結(jié)合，與藝術(shù)創(chuàng)造的結(jié)合，與消費者直接結(jié)合。

　　目前，在歐美等發(fā)達(dá)國家，3D打印技術(shù)的應(yīng)用已較為廣泛，大到飛行器、賽車，小到服裝、手機外殼、甚至是人體組織器官。尤其在一些交叉學(xué)科領(lǐng)域中，3D打印的應(yīng)用更加明顯。

　　2、3D打印細(xì)分工藝：未來主流方向是金屬打印

　　根據(jù)打印所用材料及生產(chǎn)片層方式的不同，實現(xiàn)方法有以下幾種：1.熔化或軟化材料產(chǎn)生層。2.液體材料加工方法。3.層壓板制造（LOM），將紙、聚合物、金屬等材料薄層剪裁成一定形狀并粘接在一起。這些3D打印技術(shù)由不同公司研發(fā)倡導(dǎo)，主要區(qū)別在于打印速度、成本、可選材料及色彩能力等。

　　2.1、FDM：最早的3D打印技術(shù)

　　FDM技術(shù)是由Stratasys公司于1980年中后期發(fā)明。該成型設(shè)備采用成卷的塑料絲或金屬絲作為材料，工作時將材料供應(yīng)給擠壓噴嘴，噴嘴加熱融化材料，并在計算機輔助制造軟件的控制以及步進(jìn)電機或伺服電機的驅(qū)動下，沿著水平和垂直方向移動打印，熱塑性材料湊夠噴嘴擠出，形成層并迅速硬化。打印完成后，拿掉固定在零件或模型外部的支撐材料即可。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　整個成型過程需要恒溫環(huán)境，熔融狀態(tài)的絲擠出成型后如果驟然受到冷卻，容易造成翹曲和開裂，適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度最大限度地減小這種造型缺陷，提高成型質(zhì)量和精度。由于FDM工藝不用激光，使用、維護(hù)簡單，成本較低，同時兼具成型材料種類多，成型件強度高、精度較高的特點，使該工藝可以直接制造功能性零件。

　　目前，F(xiàn)DM技術(shù)可以打印的材料包括ABS、聚碳酸酯、PLA、聚苯礬等。與其他的3D打印技術(shù)相比，F(xiàn)DM是唯一使用工業(yè)級熱塑材料作為成型材料的積層制造方法，打印出的物件具有可耐受高熱、腐蝕性化學(xué)物質(zhì)、抗菌和強烈的機械應(yīng)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產(chǎn)工具。

　　FDM技術(shù)被Stratasys公司的Dimension、uPrint和Fortus全線產(chǎn)品以及惠普大幅面打印機作為核心技術(shù)所采用。由于其成型材料種類多，成型件強度高、精度高，表面質(zhì)量好，易于裝配、無公害，可在辦公室環(huán)境下進(jìn)行等特點，使得該工藝發(fā)展極為迅速，目前FDM在全球已安裝快速成形系統(tǒng)中的份額大約為30%。

　　2012年3月，Stratasys公司發(fā)布的超大型快速成型系統(tǒng)Fortus900mc，代表了當(dāng)今FDM技術(shù)的最高成型精度、成型尺寸和產(chǎn)能，成型尺寸高達(dá)914.4mm×696mm×914.4mm，打印誤差為每毫米增加0.0015～0.089mm，打印層厚度最小僅為0.178mm，被用于打印真正的產(chǎn)品級零部件。

     2.2、粒狀物料成型技術(shù)

　　（1）激光燒結(jié)

　　激光燒結(jié)是在粒狀層中選擇性地融化打印材料，通常采用激光來燒結(jié)材料并形成固體。在這種方法中，未融化的材料作為生成物件的支撐薄壁，從而減少了對其他支撐材料的需求。激光燒結(jié)技術(shù)主要包括2種類型：一種是SLS技術(shù)，主要采用金屬和聚合物為打印材料，具體包括尼龍、添加玻璃纖維的尼龍、剛性玻璃纖維、聚醚銅、聚苯乙烯、尼龍及鋁粉等混合材料、尼龍及碳纖維的混合材料、人造橡膠等，3DSystems公司的sPro系列3D打印機就是采取SLS技術(shù)；另一種是直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）技術(shù)，已經(jīng)實現(xiàn)可打印幾乎任何金屬合金，具有代表性的設(shè)備是德國EOS公司的直接金屬激光燒結(jié)設(shè)備。

　　對于SLS而言，國產(chǎn)設(shè)備大約100萬元/臺，進(jìn)口設(shè)備300萬元/臺，進(jìn)口材料大約100美元/公斤。

　　（2）EBM

　　電子束熔煉是一種金屬部件的積層制造技術(shù)，可打印鈦合金等材料。電子束熔煉技術(shù)是通過高真空環(huán)境下的電子束將融化的金屬粉末層層疊加，與直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)低于熔點的生產(chǎn)環(huán)境有所不同，EBM技術(shù)生產(chǎn)出的物件密度高、無空隙且非常堅固。采用EBM技術(shù)的代表設(shè)備為瑞典ARCAM公司的EBM系統(tǒng)。

　　（3）PP

　　使用PP技術(shù)的3D打印機每次噴一層石膏或者樹脂粉末，并通過橫截面進(jìn)行粘合。打印機不斷重復(fù)該過程，直到打印完每一層。此技術(shù)允許打印全色彩原型和彈性部件，將蠟狀物、熱固性樹脂和塑料加入粉末一起打印，還可以增加強度。采用此打印技術(shù)的代表設(shè)備為3DSystems公司的ZPrinter系列3D打印機。

　　2.3、光聚合成型技術(shù)

　　（1）SLA

　　SLA的主要實現(xiàn)途徑是用于生產(chǎn)固件部件的光固化成型技術(shù)。SLA技術(shù)最早由美國3DSystems公司成功實現(xiàn)商業(yè)化，其生產(chǎn)的Projet系列和iPro系列3D打印設(shè)備均采用了SLA技術(shù)。該技術(shù)由于具有成型過程自動化程度高、制作原型表面質(zhì)量好、尺寸精度高以及能夠?qū)崿F(xiàn)比較精細(xì)的成型尺寸等特點，因而成為廣泛應(yīng)用的快速成型工藝方法。但SLA系統(tǒng)的缺點是對液態(tài)光敏聚合物進(jìn)行操作的精密設(shè)備，對工作環(huán)境要求苛刻，同時，成型件多為樹脂類，強度、剛度和耐熱性有限，不利于長期保存。

　　Objet公司的PolyJet系統(tǒng)是一種噴頭打印技術(shù)，目前已實現(xiàn)以16～30μm的超薄層噴射光敏聚合物材料，并層層構(gòu)建到托盤上，直至部件制作完成。每一層光敏聚合物在噴射時即采用紫外線光固化，打印出的物件即為完全凝固的模型，無需后固化。被設(shè)計用來支撐復(fù)雜幾何形狀的凝膠體支撐材料，通過手剝和水洗即可除去。

　　（2）DLP

　　在數(shù)字光處理技術(shù)中，大桶的物體聚合物被暴露在數(shù)字光處理投影機的安全燈環(huán)境下，暴露的液體聚合物快速變硬，然后設(shè)備的構(gòu)建盤以較小的增量向下移動，液體聚合物再次暴露在光線下。這個過程不斷重復(fù)，直到模型建成。最后排出桶中的液體聚合物，留下實體模型。采用DLP技術(shù)的代表設(shè)備是德國EnvisionTec公司的Ultra3D打印數(shù)字光處理快速成型系統(tǒng)。

　　DLP激光成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似，也是采用光敏樹脂作為打印材料，不同的是SLA的光線是聚成一點在面上移動，而DLP在打印平臺的頂部放置一臺高分辨率的數(shù)字光處理器（DLP）投影儀，將光打在一個面上來固化液態(tài)光聚合物，逐層的進(jìn)行光固化，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術(shù)速度更快。

　　DLP的應(yīng)用非常廣泛，該技術(shù)最早是由德州儀器開發(fā)的，它至今仍然是此項技術(shù)的主要供應(yīng)商。最近幾年該技術(shù)放入3D打印中，利用機器上的紫外光（白光燈），照出一個截面的圖像，把液態(tài)的光敏樹脂固化。該技術(shù)成型精度高，在材料屬性、細(xì)節(jié)和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。

　　SLA與DLP打印所需的液態(tài)光敏樹脂材料也因生產(chǎn)商家和機型的不同而各有特點，比如EnvisionTec的各類機型都可以使用EC-500型蠟基液體樹脂材料制造各類精致飾品模型以用于失蠟法鑄造，但其每千克材料成本高達(dá)幾千元。其民用代表機型有B9Creator（2500美元），F(xiàn)orm1（3300美金）等。

    2.4、3DP三維噴繪打印技術(shù)

　　3DP是一種基于微噴射原理（從噴嘴噴射出液態(tài)微滴），按一定路徑逐層打印堆積成形的打印技術(shù)，這種技術(shù)和平面打印非常相似。3DP打印機主要部件為儲粉缸和成形室工作臺。打印時首先在成形室工作臺上均勻地鋪上一層粉末材料，接著打印頭按照零件截面形狀，將粘結(jié)材料有選擇性地打印到已鋪好的粉末層上，使零件截面有實體區(qū)域內(nèi)的粉末材料粘接在一起，形成截面輪廓，一層打印完后工作臺下移一定高度，然后重復(fù)上述過程。如此循環(huán)逐層打印直至工件完成，再經(jīng)后處理，得到成形制件。

　　同立體印刷、疊層實體制造和選擇性激光燒結(jié)快速成形技術(shù)相比，3DP不需要昂貴的激光系統(tǒng)，具有設(shè)備價格便宜、運行和維護(hù)成本低的優(yōu)勢。與熔融沉積快速成形技術(shù)相比，3DP可以在常溫下操作，具有運行可靠，成形材料種類多和價格低的優(yōu)勢。此外，與其它RP系統(tǒng)相比，3DP還有操作簡單、成形速度快、制件精度高、成形過程無污染，適合辦公室環(huán)境使用等優(yōu)點。

　　2.5、幾種方法優(yōu)劣比對：目前FDM和SLS為主流

　　金屬零件快速制造技術(shù)代表了RP技術(shù)的最新發(fā)展方向。目前，真正能夠制造精密金屬零件的快速成型技術(shù)只有選擇性激光熔化和選擇性激光燒結(jié)。SLS成型方法成型金屬零件時，多采用樹脂或低熔點材料包覆的金屬粉末作為原材料，通過激光掃描使樹脂熔化將金屬粉末固結(jié)在一起，在成型后經(jīng)過脫脂、浸滲低熔點金屬（如青銅等）來提高致密度。使用該技術(shù)成型，金屬零件工序復(fù)雜且零件強度與精度多數(shù)情況下仍達(dá)不到要求。而選擇性激光熔化SLM技術(shù)是一種極具創(chuàng)新的快速成型技術(shù)，能一步加工出具有冶金結(jié)合，相對密度接近100%，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高的尺寸精度的金屬零件。目前，金屬3D打印成本偏高是其主要缺點之一。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　在總成本構(gòu)成中，購置設(shè)備成本約占總成本的3/4。而上述兩種工藝的設(shè)備均屬于工業(yè)級打印設(shè)備，價格普遍較為昂貴。其次，金屬3D打印的材料通常有鈦粉、鋁合金粉和不銹鋼粉。耗材成本雖然僅占總成本11%，但是相較于其他普通金屬材料，這些材料成本要高出將近10倍左右。如德國EOS公司所生產(chǎn)的不銹鋼粉、鋁硅粉、鈦合金粉，其價格是傳統(tǒng)粉體的10至20倍。而3D打印用鈦粉成本約為180萬/噸，是普通航空用鈦材價格的9倍多。

　　在下圖中，我們將3家核心3D打印公司（Stratasys、3DSystems和Materialise）持有的專利數(shù)目一一梳理?？梢钥闯?，Stratasys和Materialise專注在光固化成型（Stereolithography）和FDM。同時，相比3DSystems和Materialise，Stratasys在CNC的專利更多。

　　3、市場現(xiàn)狀：個人打印高增速、功能應(yīng)用以模具為主

　　根據(jù)2013版的Wohlers顯示，2013年全球3D打印市場規(guī)模約40億美元，相比2012年幾乎翻了一番。其大體分布概況是歐洲約10億美元，美國約15億美元，中國所占份額約3億美元。面向工業(yè)的3D打印機設(shè)置臺數(shù)按國家進(jìn)行統(tǒng)計的話，美國占38%，位居第一，其次是日本占9.7%，第三位德國占9.4%，第四位中國占8.7%。

　　近年來，3D打印市場高速發(fā)展，個人3D打印市場也已開啟。根據(jù)市場研究機構(gòu)Frost&；；；；；Sullivan發(fā)布的《2012年全球3D打印市場研究報告》顯示，從1994年到2011年，全球3D打印機市場規(guī)模一直保持高速增長態(tài)勢，復(fù)合增長率達(dá)到了17.6%。2011年全球個人3D打印設(shè)備銷售量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，銷售量從5987臺猛增至23265臺，增幅接近300%，大幅超過商用3D打印設(shè)備增速。

　　就企業(yè)實力來看，目前歐美較具規(guī)模的3D打印企業(yè)的年銷售收入一般都在10億元人民幣左右，而國內(nèi)目前仍沒有一家企業(yè)收入過億，甚至超過5000萬元的企業(yè)都寥寥無幾。目前，我國3D打印行業(yè)整體上發(fā)展不錯，設(shè)備、材料、軟件等核心領(lǐng)域都能夠不同程度實現(xiàn)自給，并在文化創(chuàng)意、工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。但是，缺乏龍頭企業(yè)、核心技術(shù)、成熟的商業(yè)模式，以及市場廣泛應(yīng)用和政策資金扶持。激光器、軟件、材料等核心技術(shù)還依賴進(jìn)口。

　　4、3D打印未來發(fā)展以及市場空間

　　根據(jù)2013版的Wohlers顯示，2013年全球3D打印市場規(guī)模約40億美元，2012年全球3D打印產(chǎn)業(yè)整體的銷售規(guī)模達(dá)到22.04億美元。2010-2012年三年的年復(fù)合增長率達(dá)27%。該機構(gòu)預(yù)計2017年則將進(jìn)一步上升至50億美元，并且此后整個市場將維持近20%增長率。預(yù)計至2021年，3D打印市場規(guī)模將達(dá)到近110億美元。

　　2013年我國產(chǎn)值20億元。世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長羅軍表示：現(xiàn)在還是3D打印技術(shù)的起步階段、產(chǎn)業(yè)化的初級階段。未來3-5年將是3D打印技術(shù)最為關(guān)鍵的發(fā)展機遇期，如果推進(jìn)順利，2014年同比翻一番沒有大問題，而2015年則有望達(dá)到80-100億，到2016年產(chǎn)值將達(dá)百億元人民幣。

    4.1、3D打印在各類應(yīng)用領(lǐng)域中的發(fā)展前景

　　增材制造工藝在材料的利用率上有著明顯的優(yōu)勢。2012年3D打印技術(shù)三個領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為普遍：分別為消費品和電子占21.8%，交通設(shè)備占18.6%，醫(yī)療占16.4%。

　　在個人應(yīng)用領(lǐng)域雖然起步較工業(yè)領(lǐng)域稍晚，但是增長勢頭兇猛。據(jù)統(tǒng)計，2011年全球個人3D打印設(shè)備銷售量為23265臺，增長率高達(dá)200%。雖然2012年的增長率為46.3%，但就整體而言，近些年3D打印技術(shù)在個人應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展還是十分迅猛的。

　　4.1.1、航空航天領(lǐng)域：最具發(fā)展前景領(lǐng)域之一

　　由3D打印制造出來的金屬零件完全符合航空航天領(lǐng)域?qū)τ谖磥砥餍翟O(shè)備制造的要求。1）“輕量化”和“高強度”一直是航空航天設(shè)備制造和研發(fā)的主要目標(biāo)。3D打印技術(shù)所制造出來的零件能夠很好的迎合這兩個要求，如由激光快速成型技術(shù)打造的一次成型鈦合金的承力能力比普通鍛造、焊接強上近30%；2）由于航空航天設(shè)備所需要的零部件往往都是一些需要單件定制的小部件，如果運用傳統(tǒng)工藝制作勢必會存在制作周期過長，且成本過高的問題。而3D打印技術(shù)低成本快速成型的特點則能很好地彌補這一問題；3）傳統(tǒng)技術(shù)在生產(chǎn)零件過程中會造成許多不必要的損耗，對于復(fù)雜產(chǎn)品，夸張的時候原材料利用率僅有不到10%。而3D打印所特有的增材制造技術(shù)則能很好的利用原材料，利用率高達(dá)90%。

　　舉例而言，我國第二款自主設(shè)計的國產(chǎn)大型客機C919制作飛機零部件是3D打印應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的典型案例之一。主要制造的飛機零件是中央翼緣條，其規(guī)格為長約3米，重量達(dá)到196Kg，工序耗時在一個月以內(nèi)。若通過傳統(tǒng)工藝制造，國內(nèi)制造能力尚無法滿足，向國外采購會增加成本。

　　截止至2012年11月，C919的訂單數(shù)已達(dá)到380架，客機的首飛時間定于2015年，預(yù)計屆時3D打印飛機零部件訂單數(shù)量將會出現(xiàn)一波高峰。而C919客機僅僅只是一個開始，未來3D打印將會被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。整個市場的增長空間將不可限量。

　　4.1.2、軍工領(lǐng)域：軍備需求增長明確

　　據(jù)外媒報道稱，3D打印技術(shù)將會被應(yīng)用于我國新一代高性能新型戰(zhàn)斗機之中，如首款航母艦載機殲-15、多用途戰(zhàn)機殲-16、第五代重型戰(zhàn)斗機殲-20等。兩會期間，殲-15總設(shè)計師孫聰透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)，已被廣泛用于殲-15的主承力部分，包括整個前起落架。目前我國前三代戰(zhàn)斗機保有量約為2000架，未來幾年我國戰(zhàn)斗機更新?lián)Q代的步伐會隨著科技的進(jìn)步而不斷加快。如果3D打印技術(shù)在第四代戰(zhàn)斗機上的成功應(yīng)用，勢必會使得3D打印鈦合金的需求量出現(xiàn)“井噴”的現(xiàn)象。

　　2014年國防支出預(yù)算將增加12.2%，升至8082.3億元。我國國防支出預(yù)算首次突破8000億元人民幣。近四年來國防支出預(yù)算的增幅均在10%以上，而此次12.2%的增幅也是連降三年后首次回升。國防開支的不斷上升預(yù)示著軍工領(lǐng)域可分的“蛋糕”在不斷做大。現(xiàn)代化部隊是我國軍隊建設(shè)目標(biāo)之一，3D打印技術(shù)的應(yīng)用符合提高軍隊設(shè)備高科技含量的要求。增材制造產(chǎn)品本身耗材少，質(zhì)量輕，損耗少的特點不僅僅可以應(yīng)用于戰(zhàn)斗機的制造，還能滿足軍工領(lǐng)域其他設(shè)備制造的需要。今后在這一領(lǐng)域需求量將會出現(xiàn)大幅的提升。

　　4.1.3、醫(yī)療領(lǐng)域：新興領(lǐng)域成為中堅力量

　　醫(yī)療領(lǐng)域已然成為3D打印應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一，2012年產(chǎn)能占據(jù)全球產(chǎn)值的16.4%。且大部分應(yīng)用都集中在假肢制造、牙齒矯正與修復(fù)等方面。利用3D打印能夠完美地復(fù)制人體結(jié)構(gòu)構(gòu)造，貼合人體工學(xué)?，F(xiàn)如今在歐洲，使用3D打印制造鈦合金人體骨骼的成功案例就有3萬多例。

　　隨著科技的不斷進(jìn)步，將3D打印應(yīng)用于組織器官移植的技術(shù)也不單單只停留在理論層面。2013年5月，美國俄亥俄州一名六周大男嬰患有支氣管軟化，病情危重。醫(yī)生利用3D打印機，制作了一個夾板，在嬰兒的氣道中開辟了一個通道。男嬰最終成功維持呼吸，幸免于難。這是醫(yī)學(xué)史上首宗3D打印器官成功移植的案例。

　　根據(jù)美國器官共享網(wǎng)絡(luò)（UNOS）統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國等待器官移植的患者人數(shù)在逐年增加。截止至2014年4月10日，美國在等待器官移植手術(shù)的病患共計78000余人。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　今后這將是一個需求量極大的市場。而由于符合要求的器官捐獻(xiàn)數(shù)量不足，以及術(shù)后可能產(chǎn)生的嚴(yán)重排斥性問題，傳統(tǒng)醫(yī)療手段已然無法滿足現(xiàn)在需要器官移植病患的要求。因此，今后3D打印在這一領(lǐng)域的應(yīng)用將會非?？捎^的。

　 4.2、金屬3D打印發(fā)展前景無可限量

　　金屬材料由于其高硬度，耐高溫等得天獨厚的特性，其作為3D打印原材料的發(fā)展空間將會是巨大的。相較于PVC、陶瓷等材料金屬3D打印所制造出來的產(chǎn)品可以在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，如航天航空、汽車制造、軍工等。產(chǎn)業(yè)鏈下游需求面更加寬廣，使得金屬零部件的3D打印技術(shù)在未來的發(fā)展前景更加被業(yè)界所看好。

　　當(dāng)然，金屬3D打印在現(xiàn)階段仍然會遇到一定的技術(shù)難題。因為金屬的熔點相對較高，所以在成品制造的過程中會有多種物理過程（如金屬固液形態(tài)的轉(zhuǎn)變），熱傳導(dǎo)和表面擴(kuò)散等。為了解決這一系列問題，需要多種制造參數(shù)配合。相較于其他材料的3D打印技術(shù)，金屬零部件快速成型技術(shù)應(yīng)當(dāng)是最為復(fù)雜的。因此，隨著科技的逐步成熟，金屬3D打印技術(shù)進(jìn)步的空間將會是非常巨大的。

　　根據(jù)WohlersAssociates統(tǒng)計顯示，2012年售價在5000美元以上的工業(yè)級3D打印設(shè)備中，按銷售額劃分，占據(jù)市場前三位的分別是光固化31%，F(xiàn)DM材料擠出22%，粉末床熔化21%。

　　從另一項統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析中，能夠更加直觀的反映未來3D打印市場的發(fā)展走向。從3D打印服務(wù)商最想購買的設(shè)備來看，以金屬粉末作為主要耗材的粉末床熔化設(shè)備的需求量超過了整體的一半以上。由此可見，能夠處理難以加工的金屬材料，符合更廣泛市場應(yīng)用的金屬3D打印技術(shù)更加受到市場的青睞。

　　4.3、3D打印在我國的發(fā)展前景

　　目前，我國3D打印技術(shù)尚處于初期發(fā)展階段。與增材制造技術(shù)發(fā)展最為領(lǐng)先的美國尚有一定的差距。

　　影響我國3D打印進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化推廣的問題主要可以總結(jié)為以下幾點。第一，我國尚沒對3D打印行業(yè)建立統(tǒng)一的共性標(biāo)準(zhǔn)。由于使用3D打印技術(shù)制造產(chǎn)品的特點為小批量，個性化，這就凸顯行業(yè)共性標(biāo)準(zhǔn)的決定性意義。而國內(nèi)目前整個行業(yè)尚處于一個整合度較低，比較無序的階段。這大大制約了3D打印在國內(nèi)的大規(guī)模商業(yè)化進(jìn)程；第二，3D打印原材料供給不足已成為制約其在我國發(fā)展的障礙之一。由于增材制造技術(shù)的特殊性，耗材在整個制造過程中起到了決定性的作用。而我國3D打印耗材主要依賴于國外進(jìn)口，尤其是金屬材料。過高的材料成本可能成為阻礙發(fā)展的原因之一；國內(nèi)機械制造產(chǎn)業(yè)鏈相對比較成熟，偏低的傳統(tǒng)制造成本，會大大降低3D打印技術(shù)的性價比。在一定程度上削弱市場對此技術(shù)的重視程度。

　　雖然目前我國3D打印在產(chǎn)業(yè)化的道路上稍落后于世界其他發(fā)達(dá)國家，但是在增材制造技術(shù)的研發(fā)上，我國并沒有遜色于其他國家，甚至在某些領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位。特別是在利用選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)制造大型零部件這一技術(shù)上，我國更是走在3D打印技術(shù)發(fā)展最為成熟的美國之前，領(lǐng)先于全球。

　　王華明教授所帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊，憑借“飛機鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成型技術(shù)”獲得“2012年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎”。該項技術(shù)已成功應(yīng)用于我國第二款自主設(shè)計制造的國產(chǎn)大型客機C919的零部件制造上。僅需55天便可以在實驗室中打造出C919機頭的四個主風(fēng)擋窗框。若向國外公司定制，則需至少兩年以上時間，且成本也會相應(yīng)增加許多。并且以此項技術(shù)所打印出的鈦合金零部件很可能大規(guī)模應(yīng)用于我國第四代戰(zhàn)斗機之上?？梢姡窈?D打印在國內(nèi)市場的發(fā)展空間將十分龐大。

　　史玉升教授所帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊是我國較早取得3D打印技術(shù)進(jìn)步成就的團(tuán)隊。其在2001年憑借“選擇性激光燒結(jié)（SLS）”技術(shù)，榮獲國家科技進(jìn)步二等獎。并且以“基于粉末床的激光燒結(jié)立體打印”技術(shù)，獲得了2011年國家技術(shù)發(fā)明二等獎。其團(tuán)隊打造的1.2米×1.2米工作面的世界最大“立體打印機”入選兩院院士評選的“2011年中國十大科技進(jìn)展新聞”

　　國內(nèi)許多企業(yè)也致力于3D打印設(shè)備的研發(fā)與制造之中。如陜西恒通于1997年研制并銷售國內(nèi)第一臺光固化快速成型機，且如今公司已經(jīng)推出售價不到7000元的個人3D打印機；北京隆源在公司設(shè)立當(dāng)年便成功研制了中國第一臺SLS技術(shù)的快速成型設(shè)備；盈普光電于2007年成功研制出國內(nèi)首臺直接制造塑膠零件的激光燒結(jié)成型3D打印系統(tǒng)。

3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展自然也離不開政府的大力支持。國家領(lǐng)導(dǎo)人對于將3D打印設(shè)為國家重大科技項目建議作出重要批示?？萍疾恳矊?D打印編入《國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）》、《國家科技支撐計劃制造領(lǐng)域2014年度備選項目征集指南》。不僅如此，各地方政府也于2013年提出了對于支持3D打印發(fā)展的各項規(guī)劃與政策。

　　預(yù)計未來政府將會進(jìn)一步出臺一系列利好于3D打印行業(yè)發(fā)展的政策。作為“第三次工業(yè)革命”的代表技術(shù)，3D打印將會得到更多外界的關(guān)注。