3D打印技術運用發(fā)展趨勢

摘要 ：3D 打印技術是一種新興的快速成型技術，近一段時間以來受到了社會的廣泛關注。文章對 3D 打印的技術體系和國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展態(tài)勢作了綜合介紹，以國際產(chǎn)業(yè)調(diào)查資料為依據(jù)對 3D 打印領域未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景和技術發(fā)展趨勢作了預見性分析，并對現(xiàn)階段的 3D 打印產(chǎn)業(yè)投資和技術研發(fā)提出建議。

關鍵詞 ：3D 打印；快速成型；添加制造；智能制造

3D打印（3D Printing）技術作為快速成型領域的一種新興技術，目前正成為一種迅猛發(fā)展的潮流。近一段時間，3D打印技術吸引了國內(nèi)外新聞媒體和社會公眾的熱切關注。英國《經(jīng)濟學人》雜志2011年2月刊載封面文章，對3D打印技術的發(fā)展作了介紹和展望，文章認為：3D打印技術未來的發(fā)展將使大規(guī)模的個性化生產(chǎn)成為可能，這將會帶來全球制造業(yè)經(jīng)濟的重大變革。很多新聞媒體樂觀地認為：3D打印產(chǎn)業(yè)將成為下一個具有廣闊前景的朝陽產(chǎn)業(yè)。

一、3D打印技術及產(chǎn)業(yè)國際國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過十多年的探索和發(fā)展，3D打印技術有了長足的進步，目前已經(jīng)能夠在0.01mm的單層厚度上實現(xiàn)600dpi的精細分辨率。目前國際上較先進的產(chǎn)品可以實現(xiàn)每小時25mm厚度的垂直速率，并可實現(xiàn)24位色彩的彩色打印。目前，在全球3D打印機行業(yè)，美國3D Systems和Strategy’s兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)市場份額。此外，在此領域具有較強技術實力和特色的企業(yè)/研發(fā)團隊還有美國的Fab@Home和Shape ways、英國的Riprap等。

3D Systems公司是全世界最大的快速成型設備開發(fā)公司。于2011年11月收購了3D打印技術的最早發(fā)明者和最初專利擁有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D打印領域的龍頭地位。Strategy’s公司2010年與傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭惠普公司簽訂了OEM合作協(xié)議，生產(chǎn)HP品牌的3D打印機。繼2011年5月收購Solids cape公司之后，Strategy’s又于2012年4月與以色列著名3D打印系統(tǒng)提供商Object宣布合并。當前，國際3D打印機制造業(yè)正處于迅速的兼并與整合過程中，行業(yè)巨頭正在加速崛起。目前在歐美發(fā)達國家，3D打印技術已經(jīng)初步形成了成功的商用模式。如在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領域，3D打印技術可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復雜而精細的造型。

二、國內(nèi)情況

自二十世紀90年代以來，國內(nèi)多所高校開展了3D打印技術的自主研發(fā)。清華大學在現(xiàn)代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢；華中科技大學在分層實體制造工藝方面有優(yōu)勢，并已推出了HRP系列成型機和成型材料；西安交通大學自主研制了三維打印機噴頭，并開發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應成型材料，成型精度達到0.2mm；中國科技大學自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領域得到應用。但總體而言，國內(nèi)3D打印技術研發(fā)水平與國外相比還有較大差距。

三、3D打印產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展前景

近年來，國內(nèi)如深圳維示泰克、南京紫金立德、北京殷華、江蘇敦超等企業(yè)已實現(xiàn)了3D打印機的整機生產(chǎn)和銷售，這些企業(yè)共同的特點是由海外歸國團隊建立，規(guī)模較小，產(chǎn)品技術與國外廠商同類產(chǎn)品相比尚處于低端。目前，國產(chǎn)3D打印機在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還難以滿足商用的需求，技術水平有待進一步提升。在服務領域，我國東部發(fā)達城市已普遍有企業(yè)應用進口3D打印設備開展了商業(yè)化的快速成型服務，其服務范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設計、文物復原等多個領域。與內(nèi)地相比，我國港臺地區(qū)3D打印技術引入起步較早，應用更為廣泛，但港臺主要著重于技術應用，而非自主研發(fā)。

根據(jù)國際快速制造行業(yè)權(quán)威報告《Wholes Report 2011》發(fā)布的調(diào)查結(jié)果，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增長速度。報告預期，3D打印產(chǎn)業(yè)未來仍將持續(xù)較快地增長，到2016年，包含設備制造和服務在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達到31億美元，2020年將達到52億美元。但3D打印技術要進一步擴展其產(chǎn)業(yè)應用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現(xiàn)有3D打印機造價仍普遍較為昂貴，給其進一步普及應用帶來了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。

四、結(jié)論

三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠不適應大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突。四是產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，3D打印技術的普及將使產(chǎn)品更容易被復制和擴散，制造業(yè)面對的盜版風險大增，現(xiàn)有知識產(chǎn)權(quán)保護機制難以適應產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的需求。

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（作者單位：西南交通大學藝術與傳播學院）