3D打印技術的發展現狀

孫玲++李憲

文章編號：2095-6835（2017）04-0036-02

摘 要：3D打印技術，也叫“快速成型技術”或“增材制造技術”。作為近年來新興的一種革命性產業技術，3D打印技術呈現出的快速增長趨勢令各行各業始料未及，其受關注程度在國際上也是絲毫不減。這一被譽為“第三次工業革命”的核心技術，其發展現狀如何？今后又將面臨怎樣的發展環境？值得我們深思。

關鍵詞：3D打印技術；成本較高；技術單一；效率低下

中圖分類號：TP334.8 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.036

近年來，3D打印技術受到國際社會的廣泛關注，與其相關的話題更是被炒得沸沸揚揚。調查顯示，3D打印技術已成為美國增長最快的工業之一。造就如此現狀的原因正是西方發達國家在3D打印技術上投入大量的人力、物力和財力，研發出更加豐富的打印原料，促使這一技術日趨成熟，精度不斷提高，而且成本越來越低。據報道，美國軍方已將3D打印技術應用于武器研發領域，甚至成功制造出了世界上第一支“3D打印手槍”。隨著這一技術在國外的大熱，我國也開始重視3D打印技術的研發，并在不斷研發中取得了可喜的成就。

1 各國3D打印技術的發展情況

增材制造領域知名市場咨詢公司Wohlers Associates發布的《沃勒斯報告2016》指出，2015年全球增材制造和3D打印市場銷售額達到51.65億美元，比2014年同比增長25.9%，增長額達到10億美元。在整個3D打印領域，美國制造占了將近75%，歐洲各國和以色列占了20%，而我國在這一領域所占的比例只有不到4%.

1.1 3D打印行業的領頭羊——美國

自3D打印技術于20世紀70年代在美國開發以來，這一市場就長期被美國所占領。據行業內部統計，美國3D Systems和Stratasys 2家公司就占據了2/3的市場份額。正是得益于長期的技術沉淀和大量的資金支持，3D打印技術在美國已形成一定的商業模式。除此之外，政府的大力支持也是美國的3D打印技術領先于世界的重要原因。奧巴馬政府為提升3D打印技術在美國的領先地位，早在2012年的國情咨文中就曾宣布對先進制造業領域（包括3D打印技術、人工智能、機器人技術等）加大資金投資力度，期初每年為5億美元，2016年翻倍，達到10億美元。除了資金投入，美國更加重視人才培養，例如在俄亥俄州建立的3D打印技術創新研究所就是最好的證明。在這一大環境下，全球僅有的2家3D打印技術納斯達克上市公司均位于美國。美國無疑成為這一領域的領頭羊。

1.2 日本企業加速發展

近年來，日本的3D打印技術發展舉世矚目，在專利申請方面，全球領先的10家公司，日本就占據7席。更令世界稱嘆的是，日本松下企業3D打印技術專業申請數量后來居上，成為該領域全球第一，多達54件。《沃勒斯報告2016》更將日本3D打印技術公司東芝稱為2015年該領域“很有前途的新進入者”。這充分說明日本3D打印技術的快速發展，日本已經成為3D打印領域不可忽視的重要力量。

1.3 我國處于起步階段

20世紀90年代，以清華大學、華中科技大學、西安交通大學等國內高校為首的諸多單位看到了3D打印技術的廣闊前景，紛紛投入到這一技術的研發、推廣和應用中，并且取得了可喜的成就。但與以美國為首的西方發達國家相比，我國仍處于3D打印技術的起步階段。在3D打印技術中，我國所掌握的激光直接加工金屬技術有望首先實現突出，被應用于航空航天裝備制造領域。這是3D打印技術在我國發展最快的技術領域。同時，生物細胞3D打印技術經過多年實驗，取得顯著進步，已經可以制造出立體的模擬生物組織，相信在不久的將來會在我國尖端醫療領域大放異彩。除此之外，我國多所高校推出的3D打印機，其中部分技術已達到國際頂尖水平，并且聯合亞洲制造業協會、國內3D打印技術領先企業，于2012年成立中國3D打印技術聯盟。這有利于聯合國內多股分散力量，盡快為我國3D打印技術建立行業標準。

2 3D打印技術的應用領域和存在的問題

經歷過20世紀后期幾十年的沉寂后，21世紀迎來了3D打印技術的崛起。在產品設計領域，起初在產品試制時的初次嘗試，促成了3D打印機的誕生。與傳統的產品制造復雜的流程不同，3D打印技術的應用，使得產品的生成過程大大簡化。這也正是3D打印被稱為“快速成型”的最重要的原因。在精密零部件制造方面，得益于3D打印技術的天然優勢，可以實現產品的自然無縫對接，實現傳統方式無法達到的高穩定性，而被廣泛應用于高精度制造領域，比如飛行器制造。在藝術品展示方面，3D打印技術的加持使得原本復雜雕塑的復制成為可能，等比例復制的模型已經達到了非常逼真的地步。在醫療領域，3D打印技術可以在病人手術前實現等比例建模，通過對打印模型的研究，可以大大提升手術的成功概率，不僅快速、安全，還減輕了患者的痛苦；同時利用3D打印技術“打印”出的人體組織能與人體高度契合，大大降低了醫療難度。雖然3D打印技術的應用領域如此之廣，但其存在的問題也比較突出。

2.1 成本較高

雖然3D打印技術所具備的先天優勢對傳統制造業具有顛覆性的意義，但較高的成本也成為制約其發展的一大因素。設備昂貴、材料稀缺、無法大批量生產等，最根本的原因就是3D打印技術成本較高。

2.2 國內技術發展不成熟

3D打印技術進入我國時間較短，發展還不成熟，金屬零部件的直接打印更是受到技術制約。金屬具有高強度的特性，使得打印過程中需要達到較高的熔點。這就會產生應力集中等問題。這一問題不解決，3D打印技術在金屬零部件制造方面的瓶頸就不會被打破。

2.3 技術單一，效率低下

技術單一主要體現在當前的3D打印技術都要依賴激光作為能量源。雖然激光能量較為集中，但單單依靠這一種不成熟的技術根本無法滿足國內對3D打印技術的需求，同時激光作為能量源這一技術本身的發展就存在缺陷，長期使用，其昂貴、維修難度大、技術應用復雜等缺陷會暴露得更加徹底。此外，利用3D打印技術進行制造的過程中，一旦遇到層厚大的物體，其打印精度和打印效率都會大打折扣。就目前的技術層面，這一問題無法得到根本改善。

3 結束語

隨著3D打印技術的日趨完善，行業對其的發展前景也是十分看好的。我們有理由相信，3D打印技術在未來推動我國實現可持續發展方面必將發揮建設性的作用。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕