3d打印技術的優(yōu)勢和發(fā)展前景

3D打印技術（3D printing），是快速成形技術的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術出現(xiàn)在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。

一、3D打印技術簡介

3D打印技術是指通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術不同，因此又稱為添加制造（AM，Additive Manufacturing）。作為一種綜合性應用技術，3D打印綜合了數(shù)字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設計與控制軟件等也是3D打印技術體系的重要組成部分。

目前，3D打印技術主要被應用于產品原型、模具制造以及藝術創(chuàng)作、珠寶制作等領域，替代這些領域傳統(tǒng)依賴的精細加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學、建筑、服裝等領域，3D打印技術的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。如2017年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫(yī)學領域具有重大意義的創(chuàng)新。

二、3D打印技術及產業(yè)國際國內發(fā)展現(xiàn)狀

（1） 國際情況

經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Stratasys兩家公司的產品占據(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Shapeways、英國的Reprap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。Stratasys公司2017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HP品牌的3D打印機。繼2011年5月收購Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月與以色列著名3D打印系統(tǒng)提供商Objet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、較高的效率生產小批量的定制部件，完成復雜而精細的造型。另外，3D打印技術獲得應用的領域是個性化消費品產業(yè)。如紐約一家創(chuàng)意消費品公司Quirky通過在線征集用戶的設計方案，以3D打印技術制成實物產品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產品，年收入達到100萬美元。

（2） 國內情況

自20世紀90年代以來，國內多所高校開展了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3D打印技術研發(fā)水平與國外相比還有較大差距。

近年來，國內如深圳維示泰克、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，產品技術與國外廠商同類產品相比尚處于低端。目前，國產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)。

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