3d打印材料范文
时间：2023-03-28 16:06:17
导语：如何才能写好一篇3d打印材料，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0101-01
前言：3D打印，又称作增材制造，是快速成型技术的一种。3D打印技术将信息技术与工业制造相结合，以柔性化的生产方式来满足不断增强的个性化需求，实现了制造技术的革命性突破，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。其方便快捷、能够提高材料利用率等优势不断显现，与传统制造的结合也更加紧密，不断推动传统制造业的转型升级。材料是3D打印的物质基础，也是当前制约3D打印发展的瓶颈。目前，我国的3D打印技术在某些领域处于世界领先水平，但在产业化应用方面与国外的差距较大，除了产学研用相脱节等问题，上游原材料制约也是阻碍3D打印产业化发展的重要原因。文章综述了3D打印材料的发展现状，重点介绍了用于3D打印的几类主要材料，并指出了当前3D打印材料发展所面临的问题及其发展趋势。
1.3D技术的概述和3D打印材料的介绍
1.1 3D技术的概述
3D打印技术最早起源于19纪末的美国，于20世纪80年代得到实现与发展。随着智能制造的进一步发展成熟，3D打印技术在打印材料、精度、速度等方面都有了较大幅度的提高，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用于制造领域。与传统的去除材料加工技术不同，3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，又称为快速成型技术或增材制造技术。3D打印技术可以在很大程度上提高制作效率和精密程度，可使用的材料种类非常丰富，以生物细胞为材料可打印出器官、骨骼；以沙子为材料可打印建筑；以玻璃为材料可打印玻璃制品；以金属为材料可打印机械零件等。目前，3D打印技术主要应用于产品模型、模具制造、文化创意、航空航天、生物医疗、艺术创作以及个性化定制等领域，为创新开拓了广阔的空间。
1.2 3D打印材料的介绍
3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。3D打印所用的这些原材料都是专门针对3D打印设备和工艺而研发的，与普通的塑料、石膏、树脂等有所区别，其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。通常，根据打印设备的类型及操作条件的不同，所使用的粉末状3D打印材料的粒径为1-100μm不等，而为了使粉末保持良好的流动性，一般要求粉末要具有高球形度。工程塑料工程塑料指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。工程塑料是当前应用最广泛的一类3D打印材料。
2.3D打印技术的发展现状及其发展趋势
2.1 3D打印技术的发展现状
相形之下，我国3D打印材料发展起步晚、底子薄，需要加大投入和研发力度，以适应国内市场发展的需要，提高其国际竞争力。追本溯源，我国自20世纪90年代开始3D打印技术的自主研发，清华大学、华中科技大学、西安交通大学、北京航空航天大学等在3D打印设备制造技术和材料技术等方面进行了积极的探索和大胆的尝试，取得了一定的成绩，部分技术甚至处于世界领先水平，
2.2 3D打印技术存在的问题
目前，我国具备生产3D打印材料能力的企业较少，大部分3D打印材料依赖进口，特别是金属粉末材料严重受制于他国。这是因为3D打印对金属材料的要求较高，而我国制造满足这些要求的金属材料技术还不过关。此外，与美国、德国等3D打印材料技术比较成熟的国家相比，我国3D打印材料质量不稳定、品种较为单一，部分研发的实验材料也依赖进口。除此之外，材料成本高昂。3D打印材料制造成本高是目前存在的普遍问题。由于3D打印材料种类有限、材料专用性较强、下游应用市场还没有完全培育起来，所以现阶段3D打印材料无法实现规模化生产，生产成本居高不下。
2.3 解决3D打印技术问题的相应措施
3D打印技术的核心在于材料。如果突破材料对3D打印技术的限制，那么3D打印产业成功实现快速发展将前景可期。目前，我国3D打印材料产业虽然处于刚刚起步的阶段，材料研发和应用水平与美欧等发达国家相比还有差距，但是，加大对3D打印用材料的投入和研发，走独立自主的发展之路，对我国抢占新一轮制造业发展制高点意义重大。加强我国3D打印材料的供给保障。多样化的材料来源和稳定的材料供给是3D打印产业发展的根本。加大材料的深度研发和产学研合作。3D打印产品的质量和特性取决于材料，不仅材料本身种类、成分、特性对3D打印产品的特性有影响，材料的制造工艺也对3D打印产品的强度、模量、弹性等功能特性起到决定性作用。推动3D打印产业上下游领域全方位的合作。3D打印材料的产业化应用必须与3D打印设备、下游3D打印产品同步进行，即加强上下游各个环节的研发生产合作，带动3D打印材料的产业化应用，方能取得突破性的进展。建立完善3D打印材料支持政策和标准。对于处于产业化发展初期的3D打印材料产业，加强政府支持和规范行业标准是必要的。加大政府对3D打印配套的材料企业的政策和资金扶持，对研发生产3D打印材料的企业给予税收减免或财政补贴，鼓励企业积极进行材料研发，最终形成3D打印产业领域标准全面覆盖的局面。
3.结语
近年来，3D打印技术得到了快速的发展，其实际应用领域逐渐增多。但3D打印材料的供给形势却并不乐观，成为制约3D打印产业发展的瓶颈。目前，我国3D打印原材料缺乏相关标准，国内有能力生产3D打印材料的企业很少，特别是金属材料主要依赖进口，价格高。这就造成了3D打印产品成本较高，影响了其产业化的进程。因此，当前的迫切任务之一是建立3D打印材料的相关标准，加大对3D打印材料研发和产业化的技术和资金支持，提高国内3D打印用材料的质量，从而促进我国3D打印产业的发展。可以预计，3D打印技术的进步一定会促进我国制造业的跨越发展，使我国从制造业大国成为制造业强国。
参考文献
[1] 李丽，王成国，李同生，等.聚碳酸酯及聚碳酸酯合金导热绝缘高分子材料的研究[J].材料热处理学报，2007，28（4）：51-54.
[2] 李晓燕，，余灯广.三维打印成形粉末配方的优化设计[J].机械科学与技术，2006，25（11）：1343-1346.
[3] 黄秋实，李良琦，高彬彬.国外金属零部件增材制造技术发展概述[J].国防制造技术，2012（5）：26-29.
篇2
关键词：3D打印；增材制造；光固化；喷墨；材料喷射
中图分类号：T-18 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0014-02
增材制造（Additive Manufacturing），或称“3D打印”，在近十年得到了快速发展和应用，目前已经形成了多种建造三维原型工艺技术[1]。增材制造技术标准ASTM F2792-12中将增材制造技术划分为七大类：粘合剂喷射、直接能量沉积、材料挤出、材料喷射、粉末床熔融、层压和槽光聚合。其中，材料喷射技术被定义为，通过选择性沉积造型材料微滴实现的增材制造工艺。较为成熟的材料喷射打印系统为喷墨式3D打印机，其以按需喷墨方式（drop-on-demand）打印多材料制品[2]。3D喷墨打印主要可以采用热致相变材料和光固化材料两类材料作为造型材料进行打印。热致相变材料，如蜡，其加热后相变为液态可以喷墨沉积，而在冷却后相变为固态而成型，先于光固化材料用于3D喷墨打印，然而其存在机械性能差的缺陷。光固化材料，通过将可光固化液态组合物喷墨沉积后光照固化实现快速成型，其打印精度和材料表面平滑度，制品色彩丰富度优势突出[3]。另外，在构建凹槽等特殊三维结构时，3D喷墨打印中除构建原型的造型材料外一般还需要支撑材料支撑成型体。在光固化3D喷墨打印中一般使用水溶性聚合物或蜡作为支撑材料，其可分别通过水洗和热熔除去[4]。本文试通过对光固化3D喷墨打印用材料相关专利分析，对该材料专利技术发展和演变过程进行梳理，对重点专利进行解析说明。
经分析认为，最早采用材料喷射机理可见于美国德州仪器公司的专利US5260009，其中已经提出了材料喷射打印的基本工艺：a、选择沉积第一材料（即造型材料）并固化构建原型首层；b、进一步沉积第二材料（即支撑材料）使其包覆a固化材料；c、对b步沉积层平整化；d、在平整化层上选择沉积第一材料构建原型下一层；e、重复b-d步骤；f、选择移去第二材料；同时也提出了除去支撑材料的两种基本方式--即采用融化或者溶剂洗涤，以及蜡作为造型材料的选择。
美国Solidscape公司（当时称为“Sanders Prototype”公司，2011年被美国Stratasys收购）在其专利US5506607中对上述方案进行了改进，通过带有控制器的装载设备使喷墨头等打印部件在三维方向精确移动，并于1994年推出采用蜡材料喷墨沉积的3D打印机。随后，美国3D Systems公司也加入蜡材料喷墨打印机的研发，在其专利US6133355中提出了采用含有低收缩聚合物、石蜡、微晶蜡、强化聚合物和增塑剂构成3D喷墨打印材料，由此减少制备过程中材料由于收缩、固化等因素而导致的变形问题，同时，该公司也在1996年和1999年分别推出了沉积蜡材料喷墨打印设备Actua 2100和Thermjet。上述时期（1990-1999年）仅仅是3D喷墨打印的研究开端，其使用材料基本还局限于蜡或含蜡材料，不过研究者已经意识到对于该材料存在的机械性能不佳问题：如3D Systems公司在上述专利提出进一步加入活性成分以在成型后固化加强。延续上述思路，美国温太克公司在其专利US6476122提出的选择性沉积材料中加入了可光固化组分，并指出后固化后提高了机械性能。需要注意的是，虽然上述探索采用了光固化组分，但其仅作为助剂辅助增强，主材料依然是蜡材料。
进入2000年，以色列Object Geometries公司（该公司已与Stratasys公司合并）推出采用光固化材料的喷墨打印机PolyJet，其采用紫外可固化聚合物喷墨沉积后光固化实现每层打印，即其固化并不依赖蜡的相变而依靠光固化反应。其专利US6569373提出了基本的光固化喷墨组合物框架：造型材料包括反应性组分、光引发剂、表面活性剂和稳定剂；支撑材料包括非反应性和低毒化合物、表面活性剂和稳定剂，并且在室温下具有50cps以上粘度而在喷墨温度下具有20cps以下粘度，同时能够在水/碱液/酸液中溶胀除去，此外还提出了在支撑材料中添加如碳酸氢钠等可产气组分，以在溶胀时产生气体加速支撑材料除去。几乎与此同时，3D Systems公司也开始了光固化材料喷墨打印探索，但其采用不同思路构建材料组合物――即，未摒弃蜡材料，而是将蜡材料作为光固化材料中相变助剂使用，如其专利US6841589中采用氨基甲酸酯蜡配合紫外可固化丙烯酸酯树脂等组分作为紫外可固化喷墨材料，其中氨基甲酸酯蜡起到使材料在喷墨后相变为非流动态的作用，由此使得打印面平整；并在随后另一项专利US7176253中提出采用具有50-65℃熔点和45-55℃凝固点的脂肪醇和松香酯作为相变支撑材料，其可通过热流体（油、水）除去。
如前所述，Object Geometries/Stratasys和3D Systems在研究初期已经呈现出两种不同的研发思路：前者倾向采用组分调节造型材料粘度同时采用水溶性支撑材料，后者倾向利用蜡材料控制造型材料流动性同时采用相变支撑材料。按照上述两种思路，以上述两公司继续分别对其材料进行了优化。
Object Geometries/Stratasys：在造型材料组分进行优化方面，在其专利US7851122中提出选择其聚合物Tg高于60℃（甲基）丙烯酸类单官能单体和其聚合物Tg低于40℃的（甲基）丙烯酸类多官能低聚物配合作为喷墨光固化组合物。在此基础上，其专利US8106107提出引入纳米填料以减少聚合或冷却过程的收缩，起到例如减少热膨胀系数，增加强度，增加耐热性，减少成本和/或调节流变性的作用；另外，专利US8481241指出，加入丙烯酸酯化硅低聚物，能够促使组合物固化时产生相分离，由此的相分离能够改善材料耐冲击强度。此外，光可固化材料在喷墨时由于加热可能由于固化而堵塞喷头，而阳离子聚合不能被氧抑制且会被加热加速，因此在使用阳离子聚合的材料时如此的堵塞问题会更严重，为此专利申请CN104487221中提出将阳离子光聚合组分和阳离子光引发剂分别喷墨沉积的喷墨方式抑制上述问题。此外，由于需要使用水除去支撑材料，而造型材料可能在此过程中溶胀而变形，不能保证加工精度，专利申请CN103189187中提出以材料特定加权平均参数保证材料不会因吸水或吸湿溶胀变形。在支撑材料方面，该公司专注于提高支撑材料强度和易除去性，早期专利US6863859中尝试了如聚乙二醇和聚丙二醇三嵌段聚合物，利用其随温度变化而产生可逆凝胶而作为支撑部分，并在凝胶点以下由凝胶转变为液体而易于通过水除去。在随后的专利US9138981中，筛选发现，支撑材料组合物中，以1，8-辛二醇配合聚乙二醇能够具有更低的高温粘度，并且易于水洗除去。在其近期专利申请WO2016/142947中提出，采用聚醚接枝硅树脂部分替代支撑材料组合物中的聚烷基醇，在同等粘度情况下，材料的水溶速率、水溶去除速率更快，力学性能也更优。
3D Systems：在对造型材料优化中，发现打印部件在加热或水处理工艺等工序后会变白原因在于打印部件中蜡组分向表面迁移，并且热水加剧了迁移速率，其专利US8980406提出造型材料中均采用可以反应的蜡而不采用非反应活性蜡，由此能够避免蜡的迁移，进而保证打印部件不会因水处理变白。另外，专利申请WO2016/085863中，为改善模型材料的断裂伸长、拉伸强度提出造型材料中加入液体弹性体，具体采用丁二烯-丙烯腈共聚物。此外，美国施乐公司专利CN101665040提出在造型材料中加入凝胶剂，以强化造型材料在常温和喷墨温度时的粘度突变。并且该公司在随后继续对凝胶剂进行改进，以使其在更窄温度范围发生更显著的粘度突变，如专利申请US2014/0213682提出二氨基甲酸酯凝胶剂、专利申请US2015/0283758采用脆性结晶小分子化合物和无定型高分子混合作为凝胶剂。
目前，Stratasys公司和3D Systems公司光固化3D喷墨打印设备已经成为市场主流产品。随着应用需求的不断拓展，对于其所用材料的研发还将持续，推测未来的研发方向至少包括如下几方面：（1）加强造型材料的力学性能；（2）优化支撑材料去除速率；（3）适应未来更高精度和彩色打印要求；（4）避免材料阻塞打印喷头。
参考文献：
[1]封会娟，等.3D打印技术综述[J].数字技术与应用，2014.
[2]Hongyi Yang，等.Performance evaluation of ProJet multi-material jetting 3D printer[J].Virtual and Physical Prototyping，2007.
篇3
3D打印机不是我们爷爷一代所用的菊轮打印机，也不是爸爸一代所用的热敏点阵打印机。事实上，3D打印机和今天用来打印文档、照片的打印机没有任何相似之处。所谓“物如其名”，3D打印就是用不同的材料，打印出三维立体的东西。3D打印正在成为主流，美国的主要零售商，如史泰博、百思买和家得宝都在出售3D打印机。在亚马逊网站上，大家可以买到各种3D打印机和打印所需的材料。
尽管目前，3D打印机还只是技术尝鲜者的玩意儿，但未来它可能会出现在企业办公桌上、录音室里、厨房间甚至客厅里。
什么是3D打印
首先，我们要搞清楚3D打印的概念。3D打印就是用材料逐层铺设，以形成三维物体的制造方法。3D打印使用不同的材料和技术，但通性是将包含三位数据的数字内容，打印成真实存在的物理物体。
3D打印就是印刷吗
3D打印就是印刷，尽管它和传统意义上的印刷并不一样。“印刷”的对象多是印刷品、出版物和照片，而且多数有模板。而3D打印是“从零开始”的技术，是将数字内容创造成真的东西。但从技术的角度来看，3D打印就是传统印刷，只不过传统印刷的材料是墨水，而且多数只有一层。3D打印的不同之处在于，需要一层一层地铺设材料。
3D打印的原理
和传统打印机一样，3D打印也需要应用到多种技术。其中，最常见的就是大家都知道的熔融沉积成型（FDM），也被称为熔融长丝制造（FFF）。这种情况下，丙烯腈、聚乳酸（PLA）或其他热塑性材料被熔化，通过加热的喷嘴喷射出来，按层排列就绪。1992年，Stratasys在IBM的帮助下发明了第一台商用3D打印机，和其他面向消费者、爱好者和学校的3D打印机一样，它使用了FDM-Stratasys公司发明的专业术语。
在以光固化技术为基础的3D打印机中，紫外激光照射到对紫外线敏感的光致聚合物上，从而产生物体的剖面层。将每一个剖面层堆积并且粘合在一起，就能组成想要的成品。而光学处理（DLP）3D打印是将液体聚合物暴露在数字光处理投影仪的光照之下，一层层地使聚合物层变硬，直到对象物体形成，剩余的液体聚合物被排出。
多嘴喷射成型3D打印机类似喷墨式3D打印机，它将彩色、粘胶式粘合剂喷射到连续的粉末层中。这是速度最快的3D打印方法，也是少数支持多色打印的3D打印技术。
选择性激光烧结（SLS）利用高能激光熔合塑料、金属、陶瓷或玻璃颗粒。物品被打印出来后，剩余的材料被回收。而电子束熔炼（EBM）利用电子束熔化一层又一层的金属粉末。这种技术下最常用的材料是钛，用来打印医疗植入物和飞机零件。
根据不同的技术，3D打印机使用不同的材料，如金属（不锈钢、焊锡、铝、钛）、塑料和聚合物（包括塑料与金属、木材和其他材料制成的复合材料）、陶瓷、石膏、玻璃甚至是食品如奶酪、冰块和巧克力。
谁发明的3D打印
上世纪80年代中期，查尔斯・赫尔利用光固化技术，发明了世界上第一台3D打印机。在当时，光固化是非常昂贵的新商业技术，基于该技术的机器成本往往在10万美元以上。
1986年，赫尔成立3D Systems公司，该公司销售多种3D打印机，覆盖各种类别，包括入门级3D打印套装和针对企业用户的先进3D打印系统。
3D打印的优势
在3D打印技术的帮助下，设计师能够快读将自己的设计打印成3D模型或原型，然后对不满意之处进行修改。有了3D打印技术，产品制造商就可以按需生产，无需大量储备库存，就能减少仓储空间、控制成本和浪费。偏远地区的人，可以用3D打印机打印出需要但无法及时购买到的物品。
从现实的观点来看，3D打印技术还能够帮助节省资金和减少材料浪费，这对制造业将产生革命性影响。另外，当3D打印技术真正地成熟并普及之后，消费者只要在家中就能打印出复杂的3D对象，如电子设备。
3D打印机能做什么
最初设计师用3D打印机打印产品模型和原型，不过，现在越来越多的设计师开始用3D打印机制作最终产品，如鞋子、家居、首饰、工具、三脚架、礼物和新奇的玩具。
汽车和航空公司用3D打印机打印零部件，艺术家用3D打印机创作雕像，建筑师用3D打印机制作模型，考古学家用3D打印机修复文物，古生物学家用3D打印机复制恐龙骨骼化石。
医生和医疗技术人员用3D打印机制作假肢、助听器、人造牙齿、骨移植物、器官、肿瘤副本，以及病人的体内构造。最近的例子是苏丹暴力事件受害者丹尼尔，装上了3D打印假肢手臂和手。与此同时，3D打印人体器官（如肾脏和血管）已在研发之中。
食品制作是3D打印的另一项应用，我们也许可以用液体或糊状材料，打印出奶酪、冰块和巧克力。法国烹饪学院用自主开发的3D打印机制作有艺术感的美食，麻省理工学院打造了被称为“Cornucopia”的3D打印机，MASA也在研究用3D打印机打印披萨之类的食物。目前，已有一些3D打印机制造商公布或推出了食用3D打印机。
什么是3D打印服务
没有3D打印机也能享受3D打印服务，一些3D打印服务提供商，如Shapeways和Sculpteo，用自己的3D打印机制作礼品等小物品，然后交付到旧客户手中，客户向它们传达自己的要求，它们根据这些要求进行制作。多数3D打印服务都有在线目录，上面列举了自己可以制作的物品。
最近，史泰博宣布在一些门店和网上推出3D打印服务，UPS也在其中一些营业点提供类似的服务。
3D打印需要怎样的软件
几乎所有3D打印机都支持STL格式文件，这种格式的文件在任何CAD软件上都能完成，比较有代表性的CAD软件有需要付费的AutoCAD，或免费开源的谷歌SketchUp和Blender。如果不想自己制作3D打印文件，也可以到MakerBot Thingiverse之类的3D对象数据库里下载和打印。
多数3D打印机都有与之配套的软件套件，3D打印机制造商会附赠磁盘或提供下载，从里面可以得到想要的一切。3D打印机的配套软件里通常包括控制打印机的软件，用来控制打印、分层材料、分辨率等可能会影响到最终成品的因素。当然，有些打印机也支持单独下载某一款管理程序，而非整个套件。
3D打印的未来
商用3D打印早已被应用，但尚未普及，不过这种情况在未来几年内就会改变。不久之后，在车间里、办公桌上、书房里甚至厨房中，都能看到3D打印机的身影。3D打印也许不会普及至每家每户，但对那些拥有了3D打印机的人来说，它将成为不可缺少的内容。
现在，3D打印机只能用简单的材料打印出简单的东西。慢慢地，我们会看到用多种材料、复合材料打印出来的复杂物品。今天，遥控器没电了可以换电池。明天，遥控器没了直接打印一个就行。
另外，正如大家所料，3D打印技术在航空航天领域也会有更多的应用。美国航空航天局（NASA）正在国际空间站上试验3D打印机。最终，宇航员将能用3D打印机打印出自己在火星或其他星球上的栖息地。为了拯救阿波罗13号，宇航员死于一氧化碳窒息。美国宇航局也许需要找到能自制工具的方法。如果有了3D打印机，就有可能在几分钟内轻易解决这个问题。同样，南极基地的工作人员再也不需要等待6个月后的下一次补给，就能用3D打印机打印出需要的东西。还有3D打印假肢，3D打印助听器，3D打印牙套，等等。
3D打印技术也许还处于起步阶段，但对这一新技术的应用，已经呈现出爆炸式增长，就像20世纪70年代末的PC一样。而科技的发展总有出人意料之处，今天我们推测3D打印将在这些领域有所作为，未来3D打印或许会拓展出更广阔的发展空间。就像当初，谁能想到PC竟能发展成今天这个水平呢？当然，3D打印对人类社会的影响也许不会如PC那般深远，但它确实具备改造制造行业甚至是消费方式的潜力。
篇4
【关键词】3D打印 分布式智造 电力应用
2015年2月28日，工信部、发改委、财政部联合《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》，从政策层面为国内3D打印发展指明方向。2015年“两会”期间总理在政府工作报告当中提出了要实施《中国制造2025》，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。而《中国制造2025》的核心就是信息技术与制造业融合，以推进智能制造为主攻方向。而“互联网+3D打印”的的应用与结合是为实现智能制造、产业转型、万众创新提供的最佳服务平台。3D打印在电力行业的应用受限于材料、建模、打印机各方面，尤其是行业标准的缺失，良好的应用模式和平台，将促进行业标准的制定。
1 电力3D智造云平台
所谓“得平台者得天下”。我们身边的电子商务，开放平台，就是平台化模式的有利证明，在已然成型的新型商业生态系统中占得一席之地，将来必能掌握核心控制力。基于互联平台，平台提供方将会掌控控制权。产品本身会随着时间而变得不是那么很总要，但是基于契约性质的互联3D打印平台将会促使按需制造产品的有效商业化，在3D打印中最具价值的设计就是3D图纸，因为他是电子版的，易于分享，而且在逆向工程中，3D扫描设施将能够扫描产品获取其设计信息。在这个平台上，这个图纸可以被修改，原材料提供方通过此平台跟踪和购买相关产品，客户可以通过这个平台下达订单。同样，如果作为平台控制者，我可以将打印任务和设计任务外包给平台之外的人员，所有的活动，都是围绕这个平台来进行交易。那么，针对这个平台的所有者，可以通过控制或者重定向“交易流”来影响价格，故拟提出“平台化3D打印服务”的应用模式。
3D打印的核心要素就是3D设计，打印材料（包括支撑材料），打印设备，对于电网应用而言，我们很少能够涉及到打印材料（包括支撑材料），打印设备等方向。我们的关注点应该放在3D设计以及3D打印服务上，才能高效的应用3D打印技术。3D打印产业环节较少，这也是其有别于传统制造业的地方。打印原材料和打印设备是最重要的产业链环节，为3D打印提供基础设备和产品成型原料，这两项是决定产品的重要因素；方案提供商是3D打印流程的实现者，提供设计到成型全程的运营服务。
1.1 电力企业上下游
这种模式体现为，每个设备提供商都可以往这个平台提供设备的设计文件，电网公司可以在这个平台上参与评审选择适合自己生产环境的设计，然后将设备打印出来。我们不能说是电网企业在其中能颠覆整个电力设备制造行业，但是能影响并起主导作用。平台化3D打印服务在其中扮演的角色就是一个“设备商”的角色，但是他并不是去具体的物理设备，而是要物理设备的“电子蓝图”。
同时，他也扮演着“设备制造商”的角色，通过“电子蓝图”商采购到的设计，这个平台可以制造出具体的物理设备，而且这个设备是最适合电网企业生产环境的。
1.2 电网企业内部
应用行业能关注的3D打印的核心要素就是设计和打印设备。对应用行业而言，快速的设计需要专业的设计人员，培养这一批专业的设计人员需要耗费的成本不是小数目。同样的，目前的3D打印设备成本较高，还不是消费级的能适用于工业级的阶段，因此集中的3D打印设备采购和维护能较大的较低电网企业的成本。因此，在电网企业内部，平台化3D打印服务扮演的不仅仅是一个简单的“互联平台”，更多的是成本的控制台。这里的设计人员可以是电网企业下属（分）公司的专业人员（可以使用3D扫描仪），也可以是这个平台的维护人员和设计人员，也就是说，这种模式体现为一种设计人员的集中。
另外，我们知道，3D打印离不开打印材料，那么，3D打印材料的采购也是我们需要重点关注的问题，因此打印材料首先要满足工业生产需要，其次要满足成本效益比。因此，平台化3D打印服务扮演的另外一个非常重要的角色就是“材料采购”。材料采购是一个复杂的过程，从材料的特性分析，到材料供应商对比，最后到材料的下单采购，都需要精确控制。在这个平台化服务上，你可以找到你想要的3D打印材料的特性分析，你也可以找到相关的供应商，甚至于，这个采购流程也是电网公司相关的采购流程的一部分，可以和现有系统融合在一起，从选型到采购，满足一站式服务。
2 3D智造云平台功能概览
从上面的分析，我们可以基本上囊括了，3D智能云平台的整个业务流程，图1是对上面分析的概览。
整体上来看，3D智造云平台主要是搭建具有双重性质的3D打印服务平台，主要是打造3D打印云工厂和对3D打印设计者资源的整合。3D打印云工厂是指整合3D打印设备和服务资源为平台用户提供打印服务，设备生产或服务商入住智造云平台，通过平台直接接受用户服务需求进行“生产”。在整合设计师资源方面，智造云平台配备专业的设计师团队和模型库，从用户的自身设计、个人的创意想法及具体的实际情况出发，进行深度的切合用户的需求，协助用户找到最适合实用的模型，为用户和设计师提供一个可行的个性化定制平台；提供模型资源的爱好者也可以从平台获得积分或者其他奖励。利用优秀的平台签约设计师的带动作用，可以启动在线教育模块和在线交流社区的不同细分板块，启动在线设计培训课程及设计师粉丝团的组建。同时，平台应建立品牌设备销售的电商和服务平台，通过电商平台，实现客户服务模块有效对接，客户资源共享，做好售前售中和售后的跟踪服务。
3 结论
3D打印在企业级的应用受限于打印材料和3D打印机的绑定，同时在行业中没有形成标准，不同于3D打印用于个性化制造和验证型的应用，在行业应用中，需要从材料、设计、打印、后期加工处理都要符合行业标准，因此，3D智造云平台能推动相关行业标准的制定，同时3D打印目前在成本、性能、效率上还不能与传统制造相比，因此，文中提出的分布式3D智造云平台，在成本和效率上能为行业引入3D打印提供有力支持。
作者单位
篇5
如果评选近一段时间最受关注的科技热词的话， 3D打印无疑就是其中之一。这个被英国《经济学人》杂志称为“将带来第三次工业革命”的数字化制造技术，既可以打印出飞机零件、赛车、手枪，又可以打印巧克力、食品和人体器官等。这一切似乎都在表明，3D打印改变传统制造业和我们的生活只是时间问题了。然而，事实果真如此吗？
就像蚕吐丝结茧
对于3D打印机的工作原理，有一个形象的比喻──吐丝结茧。
3D打印机，顾名思义，用它打印出来的物品并非平面的纸张，而是一个立体固态物体。首先将一项设计物品通过3DCAD（3D计算机辅助设计）软件转化为3D数据，然后再根据这些数据进行逐层分切打印。在打印过程中，层层打印出来的切片会不断叠加，最终形成一个完整的立体物品。简单说来，3D打印就相当于做“加法”。
对于3D打印机的工作原理，有一个形象的比喻——吐丝结茧。蚕吐出很细的丝，一层一层把自己包裹起来，就形成了一个“立体”的茧。虽然目前材料和工艺不一样，但3D打印的基本原理都是根据要打印的物体形状，通过一层层地堆积而成。比如塑料材质，就是将塑料加热后，形成塑料丝，然后将塑料丝一层一层地堆起来，就形成了三维物品；还有一种是用激光照射光敏树脂或者金属粉末，形成固体后堆积起来变成三维物品。
清华大学教授、中国3D打印技术产业联盟首席顾问颜永年指出，传统的工业制造方法多是减材制造，即在整块材料的基础上去除多余部分，将剩下的部分制成产品。而作为“增材制造”的3D打印技术，则是按照设计图，精确制出每一层平面后再进行累加，所以在生产过程几乎不会产生任何废弃物。
“增材制造”，是与传统制造业的“减材制造”对应的，这种技术依据物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式，制成实物模型。“这就像盖房子，一层层往上垒砖砌墙，只不过用的不是方砖水泥，而是工程塑料、粉末、尼龙、光敏树脂甚至是金属、陶瓷等不同的材料。” 颜永年说。
颜永年介绍，3D打印技术主要包括4种类型：微滴喷射（FDM）、激光固化（SL）、激光烧结（SLS）和激光熔化（SLM）。其中，微滴喷射主要适用于生物制造；激光烧结因为能够打印飞机等高端产品上的关键金属零件为国防做出贡献，而在1999年被美国评为“最具创造力的技术”，它和激光熔化的主要优势在于快速成型较高强度的金属模具。“后来又衍生的很多技术都是在这四大类技术基础上发展起来的，基本工作原理都是逐层增加材料，最终形成物件，因此，这些技术都被通俗地称作3D打印。”
这不是一个新概念
虽然时下3D打印被人们炒得不亦乐乎，但它却并非什么新概念。
虽然时下3D打印被人们炒得不亦乐乎，但它却并非什么新概念。3D打印诞生于上世纪80年代，被称为“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”，迄今已有20多年的历史。早在1986年，美国科学家Charles Hull就发明出世界上第一台3D打印机。20世纪90年代初，美国麻省理工学院（MIT）获3D印刷技术专利，很快MIT和3D系统公司就各自开发了三维打印系统，随后ZCorp、Objet Geometries和Stratasys 也把以叠层制造技术为基础的3D打印产品推向了市场。如今，MIT和3D系统在3D打印领域依然保持着领导者地位。
过去20多年间，3D打印技术已广泛应用于多个行业领域，如汽车、航空、电子、医疗设备、牙科器械、玩具、家具制造、建筑、艺术和时尚等。
英国埃克塞特大学研究人员制作了一款以巧克力为原料的3D打印机，可以用来打造属于自己独一无二的个性巧克力；中国杭州的雕塑家李庆华利用3D打印技术，复原了在时光侵蚀中变得破败不堪的山西天龙山石窟造像群；荷兰设计师艾瑞斯·凡·赫庞将3D打印技术与手工制作完美结合，使用锦纶打造出了传统制造方式难以实现的复杂艺术品；而在医疗方面，除了3D打印的机械手臂，还有患者在荷兰接受了世界上首例由3D打印技术制作的人工下颌骨移植手术。
让“纸上画饼”成真的3D打印鲜肉技术也并非异想天开：虽然研究人员早就掌握了实验室培育人造肉的技术，但只是在营养成分上接近肉，真实外观和口感还相差甚远。有了3D打印技术的帮助，用微小的人造血管构造一块肉的立体框架，再在血管之间填充脂肪、蛋白质，形成肌纤维和肌肉组织。电脑提前设计好打印程序后，由技术人员按照真正肉类所含的营养元素往里添加原料，采用水基溶胶凝胶法，再配合特殊的糖分子结构，做成的鲜肉特别有弹性，而且烹饪后肉质松散有嚼头，丝毫不逊于真正的肉。
由美国Organovo公司研制的3D生物打印机如今已经可以制造动脉，开发者称由这种设备“打印”的动脉最早有望在5年内用于心脏搭桥手术。而心脏、牙齿和骨骼等更为复杂的器官则应该可以在10年内被“打印”出来。
在未来的航天事业中，由于携带备用零件会增加飞船的体积和质量以及受到宇宙中失重环境的影响，一旦飞船上面的某个零部件坏了，想要换新是十分困难的，如果利用装在飞船中的3D打印机按需打印零部件，问题便可迎刃而解。发明了以沙石为原料打印建筑物的设计师恩里科·迪尼甚至宣称，希望有一天，可以使用月球尘埃，在月球上轻松地建筑起一个基地。
据Wohlers Associates统计，2011年，美国市场共售出超过23000套3D打印设备。而2007全年，这一数字仅为66套，4年增长了近350倍。3D打印设备的市场前景十分乐观。据介绍，2011年全球3D打印产品与服务的销售额为17亿美元，预计到2019年，该行业的收入将达69亿美元。
可以说，3D打印机几乎已经被运用到各个行业中，将原本难以实现的设想一一转化成现实。无怪乎3DSystems公司负责全球市场营销的副总裁凯西·刘易斯曾在采访中自信满满地说：“有了3D打印，一切不再复杂。3D打印机几乎可以创造任何东西。”
我们准备好了吗？
虽然3D打印技术在中国尚未普及，但产业链正在形成，发展异常迅速，近两年增长尤其快，年增速均在50%以上。
有专家表示，3D打印概念之所以在2012年引人瞩目，除了其技术不断成熟和应用范围不断扩大的原因之外，美国政府对3D打印高度重视所产生的示范效应也不可忽视。2012年3月，为重振美国经济和美国制造，美国总统奥巴马提出建设全美制造业创新网络，并将3D打印确定为方向之一，引发世界其他国家纷纷效仿。中国也成立了3D打印技术产业联盟，以促进相关技术和产业的发展。
“中国在3D打印技术研究方面，并不落后。”工信部部长苗圩此前接受媒体采访时就曾表示，北京航空航天大学在国际上率先研发的飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术，就是在3D打印领域的重大突破。
从上世纪90年代起，我国开始研发3D打印技术，目前包括西安交通大学、华中科技大学、清华大学和北京航空航天大学等高校在这一技术领域已取得了不俗成绩，基本与西方发达国家处于同一水平，研发出光固化、金属熔敷、陶瓷成形、激光烧结、金属烧结和生物制造等类型的3D打印装备及材料。
清华大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、北京航天航空大学、西北工业大学及北京隆源自动成型系统有限公司等高校和企业，率先在3D打印设备制造、3D打印材料、3D设计与成型软件开发和3D打印工业应用研究等方面，开展了积极探索。目前，我国部分3D打印技术已处于国际领先水平。
此外，近年来，部分优势科研单位加快开展3D打印制造技术的研究。其中北京航空航天大学王华明教授、西北工业大学黄卫东教授已实现了大型飞机结构件激光沉积直接制造；华南理工大学杨永强教授开发了激光选区熔化金属粉末工艺及设备；清华大学林峰教授开发了电子束选区熔化金属粉末工艺及设备和激光微熔覆沉积制造技术等；华中科技大学史玉升教授科研团队研发世界最大激光快速制造装备（3D打印机），采用基于粉末床的激光快速制造技术，入选2011年中国十大科技进展；同济大学开发了3D打印成形系统。此外，清华大学利用快速成形技术的基本原理，针对再生医学和组织工程的需求，开发了低温沉积成形技术和细胞三维受控组装技术，形成了生物制造的核心技术。
虽然3D打印技术在中国尚未普及，但产业链正在形成，发展异常迅速，近两年增长尤其快，年增速均在50%以上。一些家用电器、通讯技术、航天、航空和汽车等领域企业对3D打印机的需求较多，应用于制造高端零部件产品，此外，医疗行业、食品行业、建筑行业和文化创意产业等对3D打印的需求也日益增强。
2012年，被称为“3D打印机元年”，是3D打印机市场从萌芽期进入成长期的转折点。资料显示，在美国，3D打印技术已经初步产业化。2012年，美国和以色列两大3D打印公司宣布合并，联姻后公司市值达30亿美元。美国一家3D打印服务企业已拥有15万个会员及超过6000个用户，已为顾客打印过上百万件产品。
在我国，2012年也是3D打印机公司日益增多的一年。北京上拓科技有限公司已经批量化生产3D打印机，一些3D打印机公司已将自己的产品放到淘宝商城上出售。
3D打印电子商务叁迪网（）于2012年成功上线运行，以汽车设计、3C产品、装备制造、动漫设计和个性化需求等为主要用户，提供在线3D打印服务，这是国内首家在线3D打印电子商务服务平台。
2012年11月，为加大行业整合力度，促进产业链协同创新，加强各环节合作，推动北京数字化制造领域全产业链协同发展与快速成长，“北京数字化制造产业技术创新联盟”正式组建。
2012年底，工信部宣布，将加强顶层设计和统筹规划，推动3D打印产业化，并组织制定发展路线图和中长期发展战略，完善3D打印技术规范与标准制定。
冷静看待3D打印热潮
相比伦理道德方面的挣扎和社会安全隐忧，3D打印技术在将来所面临的最大障碍或许来自各个利益方的博弈和制衡。
尽管3D打印在技术上存在着无限的想象力和应用空间，但是其未来之路真的会一帆风顺吗？一些潜在的问题使得这种情况看起来并没有那么乐观。
之前，所有人对干细胞技术在医学上的前景和潜力也都怀有同样甚至更强的期待，然而，由于这项技术在伦理道德方面存在着过大的争议，不仅引起了外界的强烈争议，同时，在研究者内部也掀起了质疑，科学技术和伦理之间的争端、分歧从来没有这样严重过。
最终，美国法院禁止政府资助任何和干细胞研究相关的科研项目，欧盟全面禁止干细胞技术申请专利，在我国，对干细胞的应用也同样做出了严格的规定。
这恐怕也是能打出婴儿模型以及肾脏的3D打印技术必须同样面对的困境，如何才能保证3D打印技术既能在医学上造福大众，同时又避免在伦理上引起大众的质疑，这不仅仅是一个简单的技术问题，同时涉及到人类社会、宗教、法律等诸多方面，对这样一项尚处于成长期的技术而言，来自外部的压力往往有可能是阻止其进步成长的罪魁祸首。
如果说3D打印伦理方面还只是引起人们对未来的隐忧的话，那么它在社会安全方面已经切实引起人们的担心。
就在不久前，美国有男子利用3D打印技术自造了一支自动步枪，在进行200发子弹以上的试射后，本来这件事从某种意义上凸显了3D打印技术的强大实力，在其他任何时间节点上出现都不会有太多的人注意。但是，不幸的是，就在这条消息前一周左右，却发生了造成12人死亡的TDKR影院枪击事件，3D打印技术也不可避免地被推倒风口浪尖。
随着3D技术的进步和改进，引发的相关安全风险还会越来越大。最后摆在人们面前的难题将是，如何保证3D打印技术不被犯罪分子和利用来为非作歹？又如何建立一套行之有效的监管机制来防止其这项技术被滥用？
但是，相比伦理道德方面的挣扎和社会安全隐忧，3D打印技术在将来所面临的最大障碍或许来自各个利益方的博弈和制衡。
上世纪90年代中期，通用公司推出了电动汽车EV1，如果电动汽车技术能够成熟并发展起来的话，能源枯竭难题、环境污染和能耗浪费等问题都将得到改善。然而，到了2000年，通用公司不仅宣布停止生产EV1，同时对其进行集中召回，最终在沙漠地区进行了彻底销毁。
根本的原因就在于围绕EV1所产生的利益纠纷，如果电动汽车技术一旦成熟，石油公司将成为最大的牺牲品。于是，这些资源寡头设局伙同政府当局对这项技术进行了打压，最终迫使EV1退出市场。
现在，大家对3D打印技术的前景希望越大，它所侵犯的那些寡头的利益也就越大。如果它能制造牛肉，那么畜牧业将受到影响，如果它能制造工业零件，将不同程度地波及到制造业相关部门，3D打印对零售业、人们的生活方式以及现有的商业模式都有可能是史无前例的冲击和影响。
那么，如今的这些寡头和既得利益者会轻易容忍它吗？3D打印会不会落得一个和EV1相似的结局呢？在利益面前，没有人知道资本和市场会做出怎样的选择——究竟是以技术和未来为重？还是斤斤计较于现下和局部的利益。
并非无所不能
现在如果有人说，3D打印可以在一台打印机上一次性打印出一架能用的飞机，我敢说他是在乱说。
“3D打印技术在我国的应用领域十分广泛，目前主要集中在高端应用、中端工业应用和民用领域。”北京隆源自动成型系统有限公司总经理冯涛，有着多年的从业经历、被业界公认为3D打印行业专家。他说，中端工业应用领域，例如企业新产品研发，在其开发设计阶段，3D打印可以在没有模具的情况下，直接进行样品原型制造，这就大大降低了设计与制造的复杂度，缩短了新品研制周期，降低了开发成本和风险。
不过，目前的3D打印并不适合批量生产。“它的优势在于传统制造业生产不出来，或者即使能生产但成本较高、研发周期较长的产品。”亚洲制造业协会首席执行官、3D打印技术产业联盟副理事长罗军说。
罗军介绍，现实生活中有许多用量不大、非常规设计的产品需要制造，比如高端应用中的航空和航天领域，符合流体力学规律的部件往往都不符合零件的生产条件，传统的工艺制造难度很大，同时许多产品内部复杂的设计构造在实际操作中根本就无法开模。“再如，传统飞机制造成本高，切削加工要去除95%以上的材料，3D打印技术则利用金属粉末只打印必须的部分，不浪费一点儿金属，节省了原材料。”
在专家们看来，媒体的报道令人兴奋，但现实中的3D打印，并非无所不能。
全国政协委员、江苏省社会科学院院长刘志彪曾在2013年两会上提出《新兴成长产业要避免衰退做法，加快发展以3D打印机为代表的战略性新兴产业的新对策》。他指出，当前全球3D打印产业尚处于发展的初级阶段，对其过分追捧是不明智的。为了实现产业化，亟待解决的关键问题主要有以下3个方面。
首先是产业市场需求的培育。市场需求是产业发展的原动力。目前，全球3D打印产业的市场规模只有区区几十亿美元，占全球制造业的比重仅为0.02%。因此，如何培育和迅速扩大市场对3D打印产业的需求是当前需要解决的首要关键问题。
其次是产业核心技术的革新。当前，3D打印远非成熟技术，在打印技术、控制软件、材料开发等核心领域的技术研发还存在明显不足。如在打印技术方面，目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能作为功能性部件，只能做原型使用。在材料开发技术方面，目前3D打印耗材非常有限，仅有石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料、陶瓷等10多种材料，显然无法满足生产对材料多样性的需求。
再次是产业低成本和高效率生产的突破。与标准化、规模化的流水线生产方式相比，当前3D打印技术的优势在“成形”而非“制造”。因生产的利润源于低时间成本，而当前3D打印一个单件就需好几个小时，故目前3D打印技术的生产效率比传统制造业更低。
“现在如果有人说，3D打印可以在一台打印机上一次性打印出一架能用的飞机，我敢说他是在乱说。”罗军对一些媒体并不准确的报道表示担忧，他认为这无助于公众正确认识3D打印。
“一架飞机由成千上万不同材质的零部件组成，不可能在一台打印机上实现。其实严格来讲，3D打印制造的只是飞机的外壳和部分金属零部件，而飞机中的精密仪器和复杂的集成电路，目前还是不能通过3D技术打印出来的。”罗军解释说。
“3D打印为我们描绘了非常美丽的前景，但其发展同样面临着多重制约。”罗军说，3D打印的核心技术有两个，一个是激光喷嘴，另一个就是打印材料，前者关系产品的精度和硬度，后者关系产品的实用性。在他看来，目前材料是3D打印发展亟待突破的瓶颈。因为任何一件产品都有其功能性，“我们不只是要打印一双像鞋子的‘鞋子’，而是能穿的鞋子。否则3D打印是没有意义的。”
颜永年坦言，效率、成本、性能等方面的不足也制约着3D打印的发展。例如，打印一个大的零件通常要好几天，一个很小的螺母也要十几分钟，而传统制造方法可能只要一秒钟。
选材受限影响前进步伐
材料的限制“绑”住了用户的使用热情，也“绑”住了3D打印设备厂商阔步向前的步伐。
“连机器带物料差不多两万元钱，用了整整4个小时才打印出一个小小的手环。”一位购买了3D打印机的用户徐天舒在微博上抱怨。
在他看来，3D打印机目前只能小规模打印一些复杂的物件，除了对个人用户来说成本太高，有限的材料选择也是很大的问题。“打印来打印去，不管是打印玩偶还是模型，都是固定的一种材料，时间长了新鲜感也就没了。”
除了个人用户对打印体验丰富性的要求，对工业级用户而言，材料的稀缺也让3D打印机是暂时只能用于小规模试制的“奢侈品”。一家已采用3D打印的医疗器械公司负责人向记者透露，工业级3D打印机使用的材质几乎不能通过淘宝等电商平台买到，很多只能匹配生产厂家提供的耗材，大多是国外进口，价格非常昂贵。
材料的限制“绑”住了用户的使用热情，也“绑”住了3D打印设备厂商阔步向前的步伐。
10多年前，冯涛任教于清华大学高分子材料研究所。他曾尝试一边做3D打印设备，一边研发3D打印材料。然而，巨额的投资需求和短期内极小的市场回报，使他和团队不得不暂缓了工程塑料等材料的研制。
而今，情况依然没有好转。
虽然国际上先进的3D打印企业已能实现工程塑料、尼龙、树脂、石膏粉等10多种3D打印材料的打印，但是在国内，3D打印材料严重受限的“缺钙”现象丝毫没有好转——自主研发的3D打印机大多只能打印金属、ABS这区区两种材料，并且每一台机器只能打印一种材料，无法实现打印材料的自由切换。
“即便美国最先进的厂家有10多种打印材料，要想让3D打印进入大众消费领域，他们这个数量也远远不够。”冯涛说。
王华明，北京航空航天大学材料学院教授，凭借飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术获得2012年度国家技术发明一等奖。他说，之所以材料如此稀缺，是因为3D打印所用的材料是一套与传统材料学不同，需结合精密仪器、3D打印工艺和材料本身的相对独立的研发系统。在可应用的材料方面，所有的3D打印设备厂家都是白手起家。对于绝大多数企业来说，3D打印市场培育尚处初期，投资研发新材料的动力严重不足。
3D打印能打印人耳、肝脏等人体器官的消息频见报端，王华明则认为，“真正能打印出人体器官，那一定是生物组织工程的突破，而绝非3D打印机的功劳。”
标准太低、太粗糙
现有标准定得太低、太粗糙，几乎任何一家3D打印企业都能轻易达标。
假如材料问题解决了，成本也降下来了，能够帮人们随时随地实现个性打印，3D打印机是不是就能畅通无阻地“飞入寻常百姓家”呢？
答案依然是否定的，事情远非这么简单。
“打印精度是否达到厂家宣称的标准、喷头是不是容易堵，这些产品特性都没有官方的评价机制，只能上网查查、凭网友和同行的口碑推荐了。”一位想要购买一台桌面3D打印机的首饰设计师表达了她的困惑。
她的担心绝非个例。记者调查发现，市场上专业3D打印设备公司的桌面3D打印机售价1万～3万元不等。然而，在一些硬件社区，只需花6000元就能买到一台DIY的3D打印机。
相差1到5倍的价格，质量上的差别，买家却很难从权威机构的质量认证标准上获得辨别。
事实上，中国机械工程学会特种加工分会此前已牵头制定了3D打印技术相关的安全标准、产品标准，但是对于这一标准，冯涛认为，“现有标准定得太低、太粗糙，几乎任何一家3D打印企业都能轻易达标。对维护行业健康竞争发展，对消费者权益也更为重要的具体的产品检测方法、检测标准，这些都没有明确的规定。”
冯涛认为，当3D打印机像手机、电视这种成熟的产品或电子仪器一样，由第三方机构都可对其产品达标情况进行检验时，3D打印机才有可能真正地“飞入寻常百姓家”。
掀起第三次工业革命？
与其过于乐观地说3D打印技术将引领“第三次工业革命”，还不如说有助于推动产业升级更为实际。
英国《经济学人》杂志曾指出，在3D打印技术得到广泛应用的情况下，制造业也许不再运用工厂这种将人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式，而是转变为一种以3D打印机为基础、更加灵活、所需投入更少的生产方式。《经济学人》将这种趋势称之为“社会化制造”，并认为这种新型的生产方式，有望促成第三次工业革命。
然而，对于3D打印技术是否会就此带来“第三次工业革命”的问题，柏林工业大学3D实验室主任哈特穆特·施万特教授却给出了否定的答案。他说：“尽管3D打印技术对于科学和经济已有一个重要的作用，并且赢得一个非常有活力的发展，设备和软件被不断研发更新，有了越来越多的应用领域。但我认为现在这个阶段就说3D打印将带来‘第三次工业革命’是夸张的，目前还没有人可以做这样的断言。”
施万特解释说：“目前为止，3D打印技术仍然是一个非常昂贵的技术。设备购置、材料成本以及技术维护都还非常昂贵。在3D打印机市场上虽然可以有多种不同的技术，但是每种技术只有一个制造商，他们仍然试图维持较高的价格，因此一般的中小型企业在经济上难以支撑这样的应用。还有一个更大的问题，3D打印任务不可能点击一个按钮就自动产生。大部分的工作在于密集的数据准备。这需要大量的时间并要求大部分员工有长期的经验和专门技能，这样的人现在数量还非常少，这也不是一个中小企业所负担得起的。”
在刘志彪看来，与其过于乐观地说3D打印技术将引领“第三次工业革命”，还不如说有助于推动产业升级更为实际。3D打印技术虽然会重整发达国家制造业竞争力，但是短期内难以颠覆整个传统制造业模式。
“首先，3D打印只是新的精密技术与信息化技术的融合，相比于机器大生产不是替代关系而是平行关系；其次，3D打印原材料种类有限，决定了绝大多数产品打印不出来；第三，个性化打印成本极高，而只有规模化才能降低成本。” 刘志彪指出，3D打印的“革命性”或许只有在漫长的发展过程中才能慢慢显露，但短期内难以成为“革命性”的现实。
对制造业产生冲击？
3D打印和传统制造都有各自的优势，两者不可互相取代，在今后很长一段时间内，3D打印与传统制造工艺将不可分割地共存。
3D打印的兴起，会对中国制造业造成哪些冲击？刘志彪表示，在个性化需求逐渐占据主导地位的消费时代，3D打印产业化显然会对中国这样的制造业大国产生巨大的影响。一是由于其超强的设计能力，可能带动我国制造业的转型升级；二是由于其精密化的“打印”，可能取代低附加值产业成为高附加值的精益制造业；三是给新材料提供发展机遇；四是使研发和设计等“非实体性活动”成为产业链高端，从而推动制造业价值链的攀升和制造服务化。
王华明说，3D打印是一匹千里马，确有用武之地。但是，至少从目前来看，3D打印和传统制造都有各自的优势，两者不可互相取代，在今后很长一段时间内，3D打印与传统制造工艺将不可分割地共存。
很多从事3D打印研究的专家与王华明的观点一致， 3D打印机不会彻底取代车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，传统的标准化生产方式仍然会是主流。3D打印不会把中国制造“逼上梁山”，反而会成为传统生产方式的“好哥们”。
市场培育的过程虽然漫长，却极少有人否认3D打印机的发展前景。“20年前机器人刚刚兴起时，发展也极其缓慢，但随着这一两年富士康等制造企业大规模启用工业机器人，工业机器人的发展拐点已经到来。同样是制造业变革的一部分，3D打印机肯定会与机器人一样，也会迎来这一天。”冯涛说。
“生物制造是今后3D打印的一个最新发展方向，基于3D打印技术的细胞三维受控组装工艺，是生物制造中最为核心的技术，其目标为具有新陈代谢特征的生命体的成型和制造，”颜永年透露，这个产业在美国已经兴起，并达到了40亿美元的规模，“20年后，我相信3D打印人体全功能内脏器官完全有可能实现。”
对3D打印的前景，罗军也十分看好。他说，未来3D打印将呈现与传统制造业并驾齐驱、互相补充的发展态势。3D打印技术的发展离不开传统制造业的支撑，“而3D打印技术将为传统制造业的转型升级提供技术支持”。
篇6
无独有偶，3D打印技术同样应用在其他方面。一群狂热的民间火箭爱好者在不久前利用3D打印技术打造了一支微缩版火箭，能够冲上2万米高空，成本也仅有6000英镑。日本也在最近宣布将利用3D打印技术制作专为盲人设计的地图。
从这些例子来看，3D打印技术似乎已经进入社会生活的方方面面，不过，3D打印技术想要得到广泛应用，要走的路却还很长，原因在何？头条前瞻的冲锋耗认为，可能有以下几个方面。
材料限制——3D打印技术需要的材料在目前看来，是十分有限的，这些材料必须同时具备柔韧性跟稳固性，既能够被3D打印机碾碎成粉末或者油墨状使用，同时在成型时保持坚固，以人类现在的技术而言，只有寥寥数种材料满足条件，材料的限制使得3D打印技术的发展举步维艰。
尽管人们相信在未来还会发现更多廉价而充足的打印材料，但是就目前而言，3D打印仍然只是一种昂贵的玩具。
知识产权——如果人类有一天解决了3D打印技术的材料跟费用问题，3D打印进入千家万户，那么知识产权问题可能就会成为十分头疼的问题。因为3D打印只需要有模版就可以，互联网时代想要找到一个免费的模版是很容易的事情，如果用户私下利用3D打印了一个物品，并进行无限复制，那么拥有这个物品知识产权的个人或者团体，又该如何维护自己的利益呢？ 道德底线——3D打印，可能带来最严重的社会问题就是，利用3D打印技术及可能的材料，人类完全可以打印出与身体器官功能一致的活体组织，而且可能比原本的器官功能更加完善。器官更换、3D打印器官买卖，这完全是可以预见到的未来，到时候又该如何解决？利用3D打印技术人为延长寿命，这无疑是在挑战大自然。
篇7
【关键词】3D打印；关键技术；产业化
1 3D打印的概述
近年来，3D打印技术受到国内外新闻媒体和社会公众的热切关注和追捧，被认为是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破，英国《经济学人》杂志认为它将与其他数字化生产模式一起推动实现新的工业革命3D打印技术，又称”三维打印技术”，即快速成型技术的一种，是指通过可以”打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。快速成型技术诞生于20世纪 80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。目前，3D打印技术已在医学、电子、机械和军事等众多领域进行了应用[2]，其市场份额：建筑类，3%；消费电子产品，20.3%；车辆，19.5%；医疗/口腔医学，15.1%；飞行器，12.1%，工业/商用机器，10.8%；学术研究，8%；行政/军事，6%；其他：5.2%.
2 3D打印的关键技术
3D打印技术需要依托多个学科领域的尖端技术，主要包括以下方面[3]：
1）信息技术，即要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向；
2）精密机械，即 3D 打印技术以材料的层层叠加为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度和稳定性有较高的要求；
3）材料科学，即用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化/粉末化/丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理/化学性质。
客观说，目前 3D 打印技术尚不成熟，存在缺乏宏观规划和引导、技术研发投入不足、产业链缺乏统筹发展及缺乏教育培训和社会推广等问题。它作为一项多学科交叉的高新技术，还需要在各相关领域投入较大的研发力量，才能掌握完整的核心技术"。
3 发展3D打印的建议
针对当前3D产业存在的不足，为发展3D打印产业提出以下建议[3]：
1）制定3D打印产业发展规划，优先发展3D打印产业。
建议将3D打印技术定位为生产业、文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。
2）加强3D打印产业联盟，行业协会建设，推动产业协同发展。
积极引导工业设计企业、3D数字化技术提供商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动3D打印技术研发和行业标准制定。促进3D打印技术发展的市场建设，包括3D打印电子商务平台、3D打印数据安全和产权保护机制、3D打印技术及关联项目投融资机制等，促进产业可持续发展。
3）加大科技扶持力度，提升3D打印技术水平。
设立3D打印产业专项基金，重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对3D打印产学研合作的支持，特别对实施产业化的企业在市场销售、推广上给予政策支持。
4）加强教育培训，促进3D打印社会化发展。
将3D打印技术纳入相关学科建设体系，培养3D打印技术人才。依靠行业协会、博览会、论坛等组织形式进行3D打印技术和应用的培训。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公共机构进行3D打印技术的展示、宣传和推广。发展3D打印服务机构，推广3D打印技术应用，为发展3D打印产业积累应用经验。
【参考文献】
[1]刘红光，等.国内外3D 打印快速成型技术的专利情报分析[J].情报杂志， 2013，12（6）：40-46.
篇8
什么会成为第三次工业革命的象征尚无定论，而呼声最高的热门技术非“3D打印”莫属。堆积制造又称3D打印，指的是基于数字模型制作三维物体的过程。
要成为工业革命的驱动，必须满足“是科学技术上的重大突破，使国民经济的产业结构发生重大变化，进而使经济、社会等各方面出现崭新面貌”这个苛刻的定义，3D打印何德何能？
是颠覆也是互补
国人偏好“3D打印”这种说法。通俗地说，3D打印与激光打印的过程颇有异曲同工之妙：分层加工，叠加成形，逐层增加材料生成打印结果。外观上，3D 打印机和普通打印机并无天上地下的区别。3D打印机获取物品的3D 数据信息后，逐层分切打印。当然，3D 打印机采用的是特殊材料而非纸张。原材料一层层地被特殊的胶水粘合，按照不同的横截面图案固化，并一层层迭加，像做蛋糕那样创建三维实体。
对比传统制造和基于3D打印的制造，可以发现这两者之间的思维方式是颠倒的：传统制造技术的本质是“减法型”，一般做法是，取一块原材料，使用切割工具削成想要的产品；3D打印则是“加法型”，从零开始，喷射流质的原材料，然后一层一层加固成型。
3D打印机的分层叠加方式决定了它还具有多个令人叹服的优势：它制造出的混合材料拥有多重属性，它还能使制造出的部件拥有物体不同部分使用不同材料的属性。
巧妇难为无米之炊，3D打印机的“耗材”直接决定了3D打印机的能力边界。目前支持3D打印的材料很多。不同公司生产的3D打印机支持不同的材料，树脂、尼龙、石膏、塑料这些材料已被普遍使用。而随着研发水平的不断进步，支持钛、不锈钢或铝、铁金属材料的打印机也已经出现——“只有想不到，没有打不出”不会是一句空口号。
和任何一个新兴技术一样，3D打印机目前的成本还过于高昂，但规模化效应将使得3D打印机彻底平民化，或许哪天你就穿着自己打印出来的、独一无二的漂亮裙子逛街去了——这一直是工业界的终极梦想：彻底的个性化生产，每一件产品都可以不一样。
正在改变制造业
美国《时代》周刊毫不吝啬地将3D打印列为“美国十大增长最快的工业之一”，英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动第三次工业革命的实现”。
3D打印将重塑全球制造业格局已是共识，因此无论是不是原本的制造业大国，许多国家都在冥思苦想如何搭上3D打印这艘顺风船。
调查显示，已有近40%的美国企业准备把分散在世界各地的工厂迁回美国，欧盟也正制定相关政策迎接相关企业的回流。企业的回流，并非简单的搬迁，而是要借机进行生产技术的更新换代。3D打印契合了这些需求，它能够大幅缩短制造工期，降低成本，可在光学、机电、精密机械、模具等领域应用。
美国和欧洲在3D打印领域均已有所建树，初步打通了从科研到生产的链条。
全球有两家3D打印机巨头，两者都已在纳斯达克上市，成为资本市场的宠儿：一家是Stratasys公司，不久前收购了以色列一家名为Objet的3D打印机公司；另一巨头是3D Systems公司，它在2012年初通过收购另两家3D打印机品牌Z Corporation和Vidar Systems牢牢地奠定了江湖地位。
Stratasys和3D Systems都坐拥着每年近两亿美元的市场营收。前者的客户不乏宝马、戴尔、英特尔、耐克等多个世界500强企业。
中国制造直面挑战
如果说微博让每个人都成为了记者，3D打印就让每个人成为了生产者。中国没来得及赶上第一次和第二次工业革命，这次可得好好把握住。
美国沃勒斯同仁咨询公司数据显示，2011年全球3D打印产品与服务的销售额为17亿美元，该公司预测到2019年，该行业的收入将达69亿美元，其中零部件制造将占80%。
毫无疑问，制造业受到来自3D打印的冲击最大，而中国又是制造业大国。因此，对中国制造业来说，3D打印是挑战更是机遇。
篇9
大型激光器是3D打印机的核心部件之一，以孙建民所在的北京隆源自动成型系统有限公司（下称北京隆源）为例，大型激光器占据了北京隆源3D打印整机产品成本的40%。
让身为公司副总经理的孙建民坐不住的，是北京隆源的大型激光器全部依赖进口。尽管这家1994年就诞生了的老牌3D打印企业已经有200多家设备客户及500多家加工服务客户，但仍不能改变自己的卡住咽喉被外国核心零部件企业卡住的命运。“如果没有外国大型激光器，我们会立刻死掉。”
孙建民不想坐着等死，几年来，北京隆源一直不放过任何可以跟一些激光所和光学所进行合作研发的机会。但北京隆源的这些努力并没有获得相应的回报，孙建民需要的这种以寿命长、功率稳定为标志的连续射频二氧化碳激光器，是目前国内技术难以量产化的。
值得注意的是，“由于技术落后而依赖进口”并不是中国3D打印市场受制于国外的唯一理由。
“国内可以大量生产的零部件，国内3D打印企业也乐于进口外国品牌的。”在紫金立德总经理连宁看来，具有讽刺意味的是，这些打着外国品牌而被国内3D打印企业进口的产品，实质上多为国内制造的贴牌产品。
据连宁透露，这些国内制造的零部件，通过“留洋镀金”价格立马可以升高三分之一。其价格背后的逻辑是，这些零部件企业本身也有相同款产品不经国外贴牌环节便直接在国内销售。“这些产品和同一工厂产的贴牌产品在管理和质量控制等方面有不小差距。”据悉，这些厂家生产出来的产品会根据品质分为三六九等，一等产品送往国外，贴好国外的品牌再销售到中国，二等产品则直接在国内销售。
在这样的现实下，国内3D打印整机企业便面临着，选择廉价零部件则达不到质量要求，购买贴牌进口货则只能默默吞下三分之一溢价的哑巴亏。
陷入进口漩涡不仅仅是3D打印机的生产企业，同时还有打印机的使用方。
山东凡域三维打印信息科技有限公司（下称山东凡域）总经理杨凡最近正在跟一个国外的企业洽谈购买3D打印机器的相关事宜，这已经是去年1月份刚刚成立的山东凡域所购买的第二台国外设备。
2012年8月，杨凡和同样留学归国的李金呈打起了做3D打印生意的主意，在获得500万元的启动资金后，两人通过多次探讨，最终将切入点放到了人体模型上面。杨凡认为涉及生活领域的3D打印产品更容易被市场接受。
然而，他们采购机器和材料的时候遇到了这样一个问题：这种能够打印彩色人体模型的机器和材料在国内根本找不到供货方，如果只从国内厂商进货，那么杨凡几乎买不到可用的机器和材料。最后，杨凡只能从扫描仪、打印机到材料整套设备都从国外采购，而这样一整套设备花掉了他200万元，这相当于杨凡全部启动资金的40%。
机器昂贵还可以接受，毕竟可以重复使用，但高额的制作材料已经成为了杨凡的心头大患。“材料价格过高导致的成本过高会影响到最终产品的市场推广。”杨凡没有想到，自己当初美好的创业蓝图竟然会被材料难题困住。
杨凡使用的这种彩色的材料来自于美国，价格是按照克数来计算。最直观的一个例子是，一个高十公分左右的人体模型，售价在几百元甚至上千元，但这个价钱对成本而言也只是在赔本赚吆喝。
杨凡产品的大部分成本都花费在了进口材料上面。更重要的一点是，想要订购这种材料，往往要提前半个月预约，即便是这样，如果美国方面材料临时断货，那么杨凡也只能选择将自己3D打印机的电源拔下，因为他没有可以供选择的其他供货商。
3D打印觅食难
最近，连宁正在常州为自己的公司“觅食”。
最早的连宁和杨凡一样，都面临3D打印制作材料受制国外的问题。2009年，连宁明显地感觉到，如果再依赖外国进口原材料，那么紫金立德可能一两年内就会因为巨大的成本压力而关门大吉。
于是连宁开始不断接触国内的塑料薄膜生产企业，他希望这些企业能够成为紫金立德新的原材料供货方。但从一开始，就注定连宁的“觅食”之旅不会一路顺风。
中国是世界上做塑料薄膜最大的国家，正因如此，这些生产塑料薄膜的工厂往往都以一天十吨为单位来计算产量，而一个3D打印机器打印一件东西通常是按克计量，全年的材料用量可能都不会超过2吨，换言之，3D打印企业的订单对塑料薄膜企业而言是如同鸡肋一样的存在。当紫金立德找到这些大型塑料薄膜企业时，苦苦游说最终换来的永远都是婉言回绝。直到2011年，有一家塑料薄膜企业勉强愿意提供一个样本，这让紫金立德看到了一丝曙光。然而，当再次找到这家薄膜企业谈合作时，紫金立德却再次吃了闭门羹。
遭遇连连折戟之后，紫金立德开始尝试用这样的说辞打动塑料薄膜厂商：3D打印是未来的主流趋势，如果不先抓住这样的机会，等将来3D打印真正打开市场以后，晚下手的塑料薄膜生产企业可能就会被市场淘汰。
时值2013年前后，3D打印开始在国内越来越热，在这样的环境和说辞下紫金立德终于拿下了常州百佳的一纸合同，也为紫金立德寻找3D打印材料的辛酸长路画上句号。
“很长的一段时间我们是求爷爷拜奶奶，但就是没有人肯与我们合作开发材料。”连宁回忆称紫金立德在和材料商谈判时。“对方开什么价我们认什么价，都不敢还价。”
其实国内的塑料薄膜企业也有自己的苦衷，就以最近连宁与常州百佳的合作为例。紫金立德这次向常州百佳下的订单是一个一吨的单子，对于紫金立德来说，一吨已经是一个比较大的数目，大概能够满足紫金立德一到两个季度的原材料用量。而一吨的订单对常州百佳而言却意味着要做出极大的牺牲，作为日吞吐量在十吨左右的世界五百强企业，为生产这一吨的3D打印材料，前后洗设备大约就需要两吨的物料。
北京航空航天大学材料学院教授王华明认为，之所以材料如此稀缺，是因为3D打印所用的材料是一套与传统材料学不同，需结合精密仪器、3D打印工艺和材料本身的相对独立的研发系统。在可应用的材料方面，所有的3D打印设备厂家都是白手起家。对于绝大多数企业来说，3D打印市场培育尚处初期，投资研发新材料的动力严重不足。
国内3D打印技术面临材料难题的主要原因在于，对一些材料的配比国内企业未能掌握，这导致中国3D打印领域甚至连试验用打印材料都需要从国外进口。目前，虽然国际上先进的3D打印企业已能实现工程塑料、尼龙、树脂、石膏粉等十多种3D打印材料的打印，但是在国内，3D打印材料严重受限的现象丝毫没有好转，自主研发的3D打印机大多只能打印金属、ABS这区区两种材料，并且每一台机器只能打印一种材料，无法实现打印材料的自由切换。
在3D打印产业中，打印机决定的是工艺和性能，而材料则决定了应用。在应用层面，如果缺少材料，打印机再先进，也只能是华而不实的空壳。
作为3D打印的配套产品，材料的缺失无疑成为市场推广的极大阻力，但中国3D打印产业缺失的不仅仅是材料。
3D打印产业本质上是高度智能的信息化生产过程，在这个生产过程中，系统软件与打印设备等硬件扮演着同样重要的角色。以切片软件为例，目前大部分企业用的也是国外的产品，国内软件企业编的算法无法满足需求。
软件的缺失让3D打印企业非常头痛，为了避开进口软件高额的使用费用，目前大部分企业倾向于自己编写软件，但对于那些自己编不了的软件则只能依赖进口。
2013年，已经兼做3D打印软件多年的北京隆源收到了数码大方的合作邀请，双方希望能够在软件方面达成合作。对于北京隆源来说，将软件外包出去可以将更多的精力和人力节省下来攻克一些打印机工艺和技术方面的难题，而对于已经在三维平面设计方面十分成熟的数码大方，投入到越来越热的3D打印软件设计，不仅可以获得一些政策层面的优待，也日益成为其不愿意丧失的领地。然而可惜的是，这种双赢性质的合作谈判却在几次沟通之后戛然而止，主要原因还是3D打印软件目前的市场状况不足以打动传统软件企业倾心投入。
目前专门做3D打印软件的企业国内几乎没有，大部分都是传统软件企业半路出家。在孙建民看来，数码大方之前做的是三维设计软件，其用户量是很大的，虽然现在3D打印很热，但是没有形成很大的用户量，数码大方也就不想投入太多力量专门研究这个软件。
逼出来的胖子
“每一家企业都是从头做到尾，这样就造成一种低水平的重复，这对整个产业来说没有任何好处。”在被问到如何看待当前中国3D打印企业的发展状况时，中国工程院院士卢秉恒对《中国经济和信息化》记者说道。
与欧美等国3D打印发展模式不同，中国的3D打印企业正朝着“大而不精”的方向走去。相比外国3D打印产业链的精细化分工，中国的3D打印产业链是这样一种现状：在产业链最下游的整机组装和设备应用环节囤积了大量企业，而在零部件、原材料生产、系统软件开发等上游和周边环节却面临无人问津的难题。
以北京隆源为例，这家有40多位研究员的公司内，其一半的研究人员既负责设备研发也负责软件编写。这并不是北京隆源一种自发的多元化发展，而是面对中国3D打印产业链空洞而不得不进行的“进化”。“上下游空洞使得产业链显得残破不全。”一位从事3D打印研究多年的人士分析称。“我们一直希望能够形成一个产业链，拿软件来说，这么多年国内就从来没有人开发过。”孙建民抱怨称。在孙建民看来，是产业环境让北京隆源变成了一个什么都做的企业。“软件我们自己编，材料我们自己开发，设备我们自己生产，工艺我们自己搞，按说我们的主营业务应该就是做装备，因为我们是一个设备制造企业。”
这正是目前3D打印产业的真实写照，任何一家3D打印企业都疲于奔走于一些非主营业务的其他相关业务范畴里，而这些工作，却是3D打印企业不得已而为之。
3D打印产业包括上游的打印材料、中游的打印设备、相关外设及其设计软件，以及下游的打印终端产品和工业设计服务等三大环节。根据调研结果显示：在国外，激光器、软件和材料等各个环节都相对独立，有一个细致的分工。也就是说，做3D打印机器制造的厂商根本不用为材料和软件发愁，因为所有上下游配套设施都有专门的企业去做，几乎每一种配套设施都已经形成一个比较成熟的产业。
而在国内，3D打印行业长期以来呈现“小而散”局面，相互之间各自为政，设备、软件、材料、工艺等都需要自己研究，没有形成明确的分工。
在中国3D打印产业广阔的市场前景以及政策支持下，3D打印产业成为推动中国产业结构转型、升级的支柱力量似乎是理所当然的。但如何打通3D产业链上下游各个环节，形成畅通、完整的3D产业链体系，是当前产业转型升级与新兴战略产业培育发展的关键。
滨湖机电董事长史玉升认为，政府应当对3D打印配套的材料企业进行更为有力的资金扶持，对研发3D打印材料的企业进行补贴。“政府应当出面解决因成本高而无人问津，最终导致3D打印材料断档的问题，以提升3D打印产业化的速度。”
其实，另一个值得注意的问题是，现在从事3D打印技术研究的基本上都是大学的教授和科研单位的专家，而他们的研究成果有时与市场需求形成一定的断层，最终研究成果有时并没有被投放到市场中去。
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关键词：3D打印产业；数字化制造；发展思路
中图分类号：F49 文献标识码：A
文章编号：1007-7685（2013）01-0090-04
近期，英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，将3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，引发了世人的关注。作为新生事物，什么是3D打印技术？它与传统产品开发和生产制造有什么区别？发展的意义何在？我国发展现状如何？下一步应如何发展？
一、3D打印概况
（一）3D打印的概念
3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程是：应用计算机软件设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备（俗称“3D打印机”），用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出产品。3D打印技术是“增材制造”的主要实现形式。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造”与之不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。
（二）3D打印技术所依托的关键技术
3D打印技术需要依托多个学科领域的尖端技术，主要包括以下方面：信息技术，即要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向；精密机械，即3D打印技术以“每层的叠加”为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求；材料科学，即用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。客观说，目前3D打印技术尚不成熟。作为一项多学科交叉的高新技术，还需要在各相关领域投入较大的研发力量，才能掌握完整的核心技术。
（三）3D打印技术的应用领域
近年来，3D打印技术发展迅速，在各领域都取得了长足发展，已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。
具体应用领域包括：工业制造。可应用于产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证。制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品：3D打印技术制造的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世，家用器具模型也被用于企业的宣传、营销活动中；文化创意和数码娱乐：可作为形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡达》运用3D打印技术塑造了部分角色和道具，3D打印技术制造的小提琴接近了手工艺的水平；航空航天、国防军工：可对形状复杂、尺寸微细、性能特殊的零部件、机构进行直接制造；生物医疗：可应用于人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等的制作；消费品：可应用于珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造；建筑工程：可应用于建筑模型风动实验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟；教育：可应用于模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研；个性化定制：可提供基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。
从市场应用份额看，3D打印技术应用在汽车及零配件领域占37%，在消费品领域占18.2%，应用于航空航天和国防军工占13.7%，在商业机器领域占11.2%，在医疗领域占8.8%，在科研方面占8.6%。
二、我国3D打印产业发展现状及面临的问题
近年来，我国积极探索3D打印技术的研发，初步取得成效。自20世纪90年代初以来，清华大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高校，在3D打印设备制造技术、3D打印材料技术、3D设计与成型软件开发、3D打印工业应用研究等方面，开展了积极的探索，已有部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造；生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。目前，依托高校的研究成果，对3D打印设备进行产业化运作的公司实体主要有：北京殷华（依托于清华大学）、陕西恒通智能机器（依托西安交通大学）、湖北滨湖机电（依托华中科技大学）。这些企业都已实现了一定程度的产业化，部分企业生产的便携式桌面3D打印机的价格已具备国际竞争力，成功进入欧美市场。
一些中小企业成为国外3D打印设备的商，经销全套打印设备、成型软件和特种材料。还有一些中小企业购买了国内外各类3D打印设备，专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中，广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业，设立了3D打印服务中心，发挥科技人才密集的优势，向国内外客户提供服务，取得了良好的经济效益。
在家用电器、汽车配件、通信技术、航天、军工等领域，3D打印技术被越来越多应用到产品研发和生产中。在医疗领域，国内高水平的医院使用3D打印技术，为患者提供定制的牙齿和骨骼替代物以及具有仿生性能的体内植入物。在教育领域，我国有很多高校购买了3D打印设备，开展多个学科的教学和研究工作。目前，中国已成为美国、日本、德国之后的3D打印设备拥有国。
3D打印产业正成为投资热点。不少原来从事数字化技术、材料技术、精密机械技术的企业纷纷考虑投资开发3D打印设备生产和服务。
资料来源：《3D打印技术将掀起“第三次工业革命”？》，载自《科学研究动态监测快报》，中国科学院国家科学图书馆，2012年10月1日。
目前，我国3D打印产业处于起步阶段，存在一系列影响3D打印产业快速发展的问题。
第一，缺乏宏观规划和引导。3D打印产业上游包括材料技术、控制技术、光机电技术、软件技术，中游是立足于信息技术的数字化平台，下游涉及国防科工、航空航天、汽车摩配、家电电子、医疗卫生、文化创意等行业，其发展将会深刻影响先进制造业、工业设计业、生产业、文化创意业、电子商务业及制造业信息化工程。但在我国工业转型升级、发展智能制造业的相关规划中，对3D打印产业的总体规划与重视不够。
第二，对技术研发投入不足。我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备，但企业规模普遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多环节，存在较大缺陷，难以完全满足产品制造的需求。而占据3D打印产业主导地位的一些美国公司，每年研发投入占销售收入的10%左右。目前，欧美一些3D打印企业依托其技术优势，正加紧谋划拓展我国市场。我国对3D打印技术的研发投入与美国有较大差距，占销售收入的比重很少。
第三，产业链缺乏统筹发展。3D打印产业的发展需要完善的供应商和服务商体系和市场平台。在供应商和服务商体系中，包含工业设计机构、3D数字化技术提供商、3D打印机及耗材提供商、3D打印设备经销商、3D打印服务商。市场平台包含第三方检测验证支持、金融支持、电子商务、知识产权保护等支持。而目前国内的3D打印企业还处于“单打独斗”的初级发展阶段，产业整合度较低，主导的技术标准、开发平台尚未确立，技术研发和推广应用还处于无序状态。
第四，缺乏教育培训和社会推广。目前，我国多数制造企业尚未接受“数字化设计”、“批量个性化生产”等先进制造理念，对3D打印这一新兴技术的战略意义认识不足。企业购置3D打印设备的数量非常有限，应用范围狭窄。在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中，缺乏与3D打印技术相关的必修环节，还停留在部分学生的课外兴趣研究层面。
三、我国发展3D打印产业具有重要的战略意义
当前，全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮。发达国家为解决近年来制造业竞争力下降的难题，大力倡导“再工业化、再制造化”战略，提出智能机器人、人工智能、3D打印技术是实现数字化制造的关键技术，并希望通过这三大数字化制造技术的突破，巩固和提升制造业的主导权。虽然3D打印等数字化制造的核心技术仍处在发展的初级阶段，产业还不成熟，但在产品设计、复杂和特殊产品生产、个性化服务等方面已显示其独特优势。所以，我们应充分认识智能制造、数字化制造对我国的深刻影响，加快3D打印产业的发展，推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变。
（一）发展3D打印产业，可提升我国工业领域的产品开发水平，提高工业设计能力
传统的工业产品开发方法往往是先做模具，然后再做出样品，而运用3D打印技术，无需模具，就可以把制造时间降低为以前的1/10到l/5，费用降低到1/3以下。一些好的设计理念，无论其结构和工艺多么复杂，均可以利用3D打印技术短时间内制造出来，从而极大地促进产品的创新设计，能够有效克服我国工业设计能力薄弱的问题。
（二）发展3D打印产业，可生产出复杂、特殊、个性化的产品，有助于攻克技术难关
3D打印技术可为基础科学的研究提供重要的技术支持。在航天、航空、大型武器等装备制造业，零部件种类多、性能要求高，需要进行反复测试。运用3D打印技术，既在研制速度上具有优势，还可以直接加工出特殊、复杂的形状，简化装备的结构设计，化解技术难题，实现关键性能的赶超。在生命科学的研究和应用中，3D打印以“细胞打印”、“仿生定制”等形式出现，把标准化、自动化的机械加工业生产方式，应用到生物工程、生物制药和临床医学等领域，已取得丰硕成果。以生物组织为原材料的制造业，有望成为高端制造业的重要组成部分。发展3D打印技术，将促进我国在生物能源开发利用、生物和化学药剂试验、人体组织和器官再造等领域取得技术进步。
（三）发展3D打印产业，可形成新的经济增长点，促进就业
随着3D打印技术的普及，“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D打印技术与现代服务业的紧密结合，将衍生出新的细分产业、新的商业模式，创造出新的经济增长点。如，自主创业者可通过购置或租赁低成本的3D打印设备（一些3D打印设备已低于1万元），利用电子商务等平台，为大量消费者定制生活用品、文体器具、工艺装饰品等各类中小产品，激发个性化需求，形成一个数百亿甚至数千亿元规模的文化创意制造产业，并增加社会就业。
四、我国3D打印产业发展的政策建议
（一）制定3D打印产业发展规划，促进其优先发展
建议将3D打印技术定位为生产业、文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。在财税金融政策上，鼓励企业投资、研发、生产和应用3D打印技术，支持3D打印设备的进出口。
（二）加强3D打印产业联盟、行业协会建设，推动产业协同发展
积极引导工业设计企业、3D数字化技术提供商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动3D打印技术研发和行业标准制定。促进3D打印技术发展的市场建设，包括3D打印电子商务平台、3D打印数据安全和产权保护机制、3D打印技术及关联项目投融资机制等，促进产业可持续发展。
（三）加大科技扶持力度，提升3D打印技术水平
设立3D打印产业专项基金，重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对3D打印产学研合作的支持，特别对实施产业化的企业在市场销售、推广上给予政策支持。
