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(shí)期，有很多發(fā)展阻礙，但通過其自身的優(yōu)勢(shì)，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(shì)，阻礙，優(yōu)勢(shì)，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(duì)于傳統(tǒng)的、對(duì)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(shí)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(yùn)行（三維掃描儀、控制軟件等）、基礎(chǔ)配套（步進(jìn)電機(jī)、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(cè)物體做360°自轉(zhuǎn)，通過單一軸面的射線穿透被測(cè)物體，根據(jù)被測(cè)物體各部分對(duì)射線的吸收與透射率不同，收集每個(gè)角度的穿透圖像，之后利用電腦運(yùn)算重構(gòu)出待測(cè)物體的實(shí)體圖像。CT是采用機(jī)算計(jì)斷層掃描技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行無損檢測(cè) （NDT）和無損評(píng)價(jià)（NDE）的最佳手段，利用斷層成像技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無損可視化測(cè)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(cè)和分析，任 何方向上的非破壞性切片和成像，不受周圍細(xì)節(jié)特征的遮擋，可直接獲得目標(biāo)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(kuò)大應(yīng)用的態(tài)勢(shì)。2015-2017年的3年間，中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模實(shí)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(dá)100億元，增速略微放緩至25%左右，但仍高于全球4個(gè)百分點(diǎn)。

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(duì)反彈做出了積極貢獻(xiàn)。全球3D打印市場第二季度中，中國工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)的國內(nèi)單位出貨量環(huán)比增長24%。全球個(gè)人臺(tái)式打印機(jī)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(xiàng)增長數(shù)據(jù)可以說為3D打印機(jī)市場帶來了積極的信號(hào)。

四、3D打印現(xiàn)今發(fā)展的阻礙

（一）材料的約束

仔細(xì)觀察你周圍的一些物品和設(shè)備，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)3D打印的第一個(gè)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(duì)比貴重和稀缺的。

此外，現(xiàn)在的打印機(jī)也還沒有到達(dá)非常熟練的水平，無法支撐我們?cè)谌粘Ｉ钪兴佑|到的各式各樣的材料。

研究者們?cè)诙嗖牧洗蛴∩犀F(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(jī)器的約束

眾所周知，3D打印要變成主要技能，它對(duì)機(jī)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(jī)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(yùn)動(dòng)的物體和它們的清晰度就難以完成了。

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

（三）知識(shí)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(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視變得不斷增加。3D打印技能毫無疑問也會(huì)涉及到這一問題，由于實(shí)際中的很多東西都會(huì)得到愈加廣泛的傳達(dá)。

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(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，也是我們面臨的疑問之一。

（四）消費(fèi)的承擔(dān)

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

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

（五）3D打印的優(yōu)勢(shì)

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(jìn)行物體制造，從人工和時(shí)間上大大減少了消耗，對(duì)于未來制造業(yè)的趨勢(shì)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(tái)電腦和3D打印機(jī)就能制造出現(xiàn)在傳統(tǒng)制造業(yè)很難完成的機(jī)器整體。

同時(shí)，大大減少的對(duì)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(shí)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(diǎn)。

3D打印能在數(shù)小時(shí)內(nèi)成型，讓制造商與技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)了從電子三維到實(shí)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(shí)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(shì)，我們從長期角度來說，3D打印無疑會(huì)成為未來制造業(yè)主體，甚至完全取代傳統(tǒng)制造業(yè)，對(duì)于3D打印的材料以及技術(shù)方面的問題將來會(huì)不斷的突破，從而成為制造業(yè)的主題。

對(duì)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(yùn)輸需要的時(shí)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(yùn)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(jī)這邊得到完整的實(shí)物。假想一下，未來人們通過網(wǎng)購買來的究竟是實(shí)物方便還是一組確切的數(shù)據(jù)來的方便可靠呢？

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

六、結(jié)語

對(duì)于3D打印我國在漸漸與世界齊頭并進(jìn)，而3D打印的發(fā)展有目共睹，其缺點(diǎn)將來必將會(huì)隨著技術(shù)的進(jìn)步而慢慢變小，其優(yōu)點(diǎn)會(huì)隨著缺點(diǎn)的變小而成倍變大，進(jìn)而成為世界制造生產(chǎn)業(yè)的主流。

參考文獻(xiàn)

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