關(guān)于3D打印未來發(fā)展

胡沛瑋

摘要：3D打印目前在我國還處于發(fā)展時期，有很多發(fā)展阻礙，但通過其自身的優(yōu)勢，及科技不斷發(fā)展突破，將來必將發(fā)展為生產(chǎn)制造業(yè)主流。

關(guān)鍵詞：3D打印趨勢，阻礙，優(yōu)勢，展望。

一、3D打印起源

自1986年，美國科學(xué)家Charles Hull獲得了SLA技術(shù)發(fā)明專利，并成立全球首家增材制造公司3D Systems開始，3D打印產(chǎn)業(yè)拉開了帷幕。相對于傳統(tǒng)的、對原材料去除-切削、組裝的加工模式不同，是一種“自下而上”通過材料累加的制造方法，即從無到有。

這使得過去受到傳統(tǒng)制造方式的約束，而無法實現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造變?yōu)榭赡堋?/p>

3D打印是集材料、設(shè)備研發(fā)，上游為3D打印材料研發(fā)制造層，包括輔助運行（三維掃描儀、控制軟件等）、基礎(chǔ)配套（步進電機、芯片等）和打印材料（鈦合金、金屬粉、尼龍材料等）。 ? ?中游為3D打印設(shè)備研發(fā)制造，下游為應(yīng)用領(lǐng)域，3D打印主要應(yīng)用場景于航空航天、模具鑄造、生物醫(yī)療、汽車領(lǐng)域等。

二、3D打印原理

三維X射線掃描是以非破壞性X射線透視技術(shù)（簡稱CT），將待測物體做360°自轉(zhuǎn)，通過單一軸面的射線穿透被測物體，根據(jù)被測物體各部分對射線的吸收與透射率不同，收集每個角度的穿透圖像，之后利用電腦運算重構(gòu)出待測物體的實體圖像。CT是采用機算計斷層掃描技術(shù)對產(chǎn)品進行無損檢測 （NDT）和無損評價（NDE）的最佳手段，利用斷層成像技術(shù)，可實現(xiàn)產(chǎn)品無損可視化測量、組裝瑕疵或材料分析。CT掃描取代傳統(tǒng)的破壞性監(jiān)測和分析，任 何方向上的非破壞性切片和成像，不受周圍細節(jié)特征的遮擋，可直接獲得目標特征的空間位置、形狀及尺寸信息。

三、我國的3D打印現(xiàn)狀

我國3D打印從1988年發(fā)展至今，呈現(xiàn)出不斷深化、不斷擴大應(yīng)用的態(tài)勢。2015-2017年的3年間，中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模實現(xiàn)了翻倍增長，年均增速超過25%。

2017年，中國3D打印領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)超過500家，產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達100億元，增速略微放緩至25%左右，但仍高于全球4個百分點。

2018年上半年，中國3D打印產(chǎn)業(yè)維持25%以上增速。

根據(jù)3D科學(xué)谷全球戰(zhàn)略合作伙伴CONTEXT于2020年10月發(fā)布的最新數(shù)據(jù)來看，U型反彈已經(jīng)開始，其中中國市場的恢復(fù)對反彈做出了積極貢獻。全球3D打印市場第二季度中，中國工業(yè)級3D打印機的國內(nèi)單位出貨量環(huán)比增長24%。全球個人臺式打印機出貨量增長+ 68%。全球3D打印市場的硬件收入比一年前下降了27%，第二季度的兩項增長數(shù)據(jù)可以說為3D打印機市場帶來了積極的信號。

四、3D打印現(xiàn)今發(fā)展的阻礙

（一）材料的約束

仔細觀察你周圍的一些物品和設(shè)備，你就會發(fā)現(xiàn)3D打印的第一個絆腳石，那就是所需材料的約束。盡管高端的能夠完成塑料、某些金屬或許陶瓷打印，但現(xiàn)在無法完成打印的材料都是對比貴重和稀缺的。

此外，現(xiàn)在的打印機也還沒有到達非常熟練的水平，無法支撐我們在日常生活中所接觸到的各式各樣的材料。

研究者們在多材料打印上現(xiàn)已取得了發(fā)展，但除非這些發(fā)展真正變得成熟有用，不然3D打印技術(shù)的發(fā)展還有有所限制的。

（二）機器的約束

眾所周知，3D打印要變成主要技能，它對機器的要求也是不低的，其復(fù)雜性也可想而知。

現(xiàn)在的3D打印技能在重建物體的幾何形狀和機能上現(xiàn)已獲得了一定的水平，任何靜態(tài)的形狀都能夠被打印出來，可是那些運動的物體和它們的清晰度就難以完成了。

這個困難對制造商來說或許是能夠處理的，可是3D打印技能想要進入一般家庭，每個人都能隨意打印想要的東西，那么機器的約束就有必要得到解決才行。

（三）知識產(chǎn)權(quán)的問題

在過去的幾十年里，不論世界還是中國在音樂、電影和電視工業(yè)中對知識產(chǎn)權(quán)的重視變得不斷增加。3D打印技能毫無疑問也會涉及到這一問題，由于實際中的很多東西都會得到愈加廣泛的傳達。

大家能夠隨意仿制任何東西，而且數(shù)量不限。怎么擬定3D打印的法律法規(guī)用來保護知識產(chǎn)權(quán)，也是我們面臨的疑問之一。

（四）消費的承擔(dān)

3D打印機器的購買和3D打印服務(wù)的加工構(gòu)成了3D打印消費的主力。

3D打印技能需求承當(dāng)?shù)幕ㄙM是高昂的，對一般群眾來說更是如此。例如上面提到第一臺在京東上架的3D打印機的售價為1萬5，恐怕如果僅僅是為了體驗，沒有多少人會為此買賬。

（五）3D打印的優(yōu)勢

3D打印突破傳統(tǒng)制造業(yè)，脫離了模具的束縛，通過CT技術(shù)掃描或者通過三維建模來進行物體制造，從人工和時間上大大減少了消耗，對于未來制造業(yè)的趨勢取得了長足的發(fā)展。

通過電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，未來也許僅僅只需要一臺電腦和3D打印機就能制造出現(xiàn)在傳統(tǒng)制造業(yè)很難完成的機器整體。

同時，大大減少的對于材料的消耗，不需要剔除邊角料，又節(jié)省了給邊角料回收的時間與成本。

無需集中和固定的生產(chǎn)制造車間，具備了分布式生產(chǎn)的特點。

3D打印能在數(shù)小時內(nèi)成型，讓制造商與技術(shù)人員實現(xiàn)了從電子三維到實物生產(chǎn)的飛躍。

3D打印還可以直接打印出組裝好的產(chǎn)品，可以說完全省略了組裝上時間與精力的難題。

五、未來3D打印的發(fā)展與暢想

綜合上述3D打印的阻礙與優(yōu)勢，我們從長期角度來說，3D打印無疑會成為未來制造業(yè)主體，甚至完全取代傳統(tǒng)制造業(yè)，對于3D打印的材料以及技術(shù)方面的問題將來會不斷的突破，從而成為制造業(yè)的主題。

對于民眾生活方面，例如物流行業(yè)，物流行業(yè)由生產(chǎn)商到批發(fā)零售到買家，中間的人工，運輸需要的時間，精力，資源無疑在慢慢變大，而通過生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展制造的成本卻在緩慢下降，那么未來在運輸方面取得突破是賣家必將面臨的問題，而通過3D打印的方式，完全避免了這一問題，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳遞，只需要一組數(shù)據(jù)的傳遞就能輕松的在3D打印機這邊得到完整的實物。假想一下，未來人們通過網(wǎng)購買來的究竟是實物方便還是一組確切的數(shù)據(jù)來的方便可靠呢？

對于醫(yī)療方面，現(xiàn)今醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展使人們的壽命得到了延續(xù)，通過器官的移植能讓人們的健康得到保障，但器官的稀缺性，成為了最大的難題，試問，誰又能保證未來通過3D打印技術(shù)不能制造出真正的器官呢？

對于軍事方面，軍事離不開軍事裝備，那么對于軍事裝備的制造，管理與運輸，常常會成為難題，往往需要大量的人員在此方面付出時間與精力，那么未來通過3D打印來進行軍事裝備的生產(chǎn)，管理與運輸會有什么結(jié)果，無論是方便性，安全性，保密性都會大大的提高。

六、結(jié)語

對于3D打印我國在漸漸與世界齊頭并進，而3D打印的發(fā)展有目共睹，其缺點將來必將會隨著技術(shù)的進步而慢慢變小，其優(yōu)點會隨著缺點的變小而成倍變大，進而成為世界制造生產(chǎn)業(yè)的主流。

參考文獻

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