3D打印發展現狀分析及展望摘要

張利成

3D打印被認為是第三次工業革命的代表，其對材料的處理方式實現了從等材、減材到增材的轉變，完全顛覆了傳統加工制造行業減材制造的理念和模式，同時具有直接快速、個性化設計、無難度成型等特點，一直以來都是“智能制造”的重要研究課題之一。為此，本文從工藝技術、行業標準、市場規模等方面分析和歸納了3D打印在國內外的發展現狀及存在問題，并對今后的研究方向提出了智能材料、綠色加工、數字化整合等發展趨勢的展望，為我國3D打印行業的發展提供了一定的借鑒意義。

3D打印;增材制造;智能制造;趨勢展望

標準是技術創新和產業化的橋梁和紐帶，是技術發展催化劑。2017年底，原國家質檢總局發布了一份關于2017年3D打印產品的質量風險監測分析報告：經過機械安全、電機安全及電磁兼容安全等安全指標的監測分析，在被監測的37批次自主品牌的增材制造設備中，發現了34批次的產品在安全指標監測中均存在不達標的情況，僅有3批次的增材制造設備的產品質量和性能能夠通過全部的安全指標監測，合格率不足10%。由此可見，我國3D打印設備質量良莠不齊，行業已經出現了無序競爭的跡象，必需通過制定更多的標準對市場進行約束、規范和引導，不斷加強增材制造標準的有效供給，以及積極提升我國增材制造標準的國際化水平，充分利用“標準化+”產生的引領效應，從而推動我國增材制造業有序、健康地向前發展。

目前，3D打印標準制定的主要組織機構中最重要的組織機構為：美國材料與試驗協會增材制造技術委員會（ASTMF42）、國際標準化組織增材制造技術委員會（ISO/TC261）以及歐洲標準委員會（CEN）.2002年，美國汽車工程師協會（SAE）發布第一份增材制造標準《Ti-6Al-4V鈦合金粉末》（AMS4998），同年還頒布了《退火Ti-6Al-4V鈦合金激光沉積產品》（AMS4999），標志著增材制造標準化開始進入人們的視野，并逐漸引起各國的高度重視。2009年1月，美國材料與試驗協會（ASTM）針對3D打印標準的制定成立了增材制造技術委員會（ASTMF42），下設8個分技術委員會，專門從事增材制造專用術語、過程控制、測試方法、零件設計和專用材料等方面的標準化工作，已有16個國家的200多個成員單位。

3D打印相比于傳統制造工藝對材料處理方式為“減法”的觀念，3D打印對材料的處理方式為“加法”，是一種通過分層材料“自下而上”疊加的制造工藝。這項技術由CharlesHull于1986年在被稱為立體光固化（SLA）過程中開發出來，隨后又發展出粉末床熔融、熔融沉積成型（FDM）、噴墨印刷和輪廓加工（CC）等相關技術。

3D打印涉及各種技術、材料和設備，而技術作為3D打印發展過程中最重要的影響因素之一，是3D打印的核心。經過多年的不斷發展，3D打印已廣泛應用于不同行業，而相對應的技術也是種類繁多，本文對目前比較常見的3D打印技術進行歸納和分析，并總結出該技術未來可能的發展方向。

3D打印技術的分類目前沒有形成統一標準，按照成型技術原理可劃分為熔融沉積成型技術（FusedDepositionModeling，FDM）、選擇性激光燒結技術（SelectiveLaserSintering，SLS）、分層實體制造技術（LaminatedObjectManufacturing，LOM）、立體光固化技術（StereolithographyAppearance，SLA）、三維打印粘接成型技術（ThreeDimensionalPrintingandGluing，3DP）、數字光處理技術（DigitalLightPro-cessing，DLP）、多頭噴射技術（PloyJet）、選擇性激光熔化技術（SelectiveLaserMelting，SLM）、直接金屬激光燒結（DirectMetalLaserSintering，DMLS）、電子束熔煉技術（ElectronBeamMelting，EBM）等。

2009年，美國材料與試驗協會（ASTM）根據增材制造業現狀及其技術需求，成立了專門的增材制造技術委員會，其最新的F2792標準將目前3D打印技術分為八大類：光聚合（PhotoPolymerization）、復合增材制造（HybridAdditiveManufacturing）、粘結劑噴射（BinderJet-ting）、直接能量沉積（DirectedEnergyDeposition）、疊層（SheetLamination）、材料噴射（MaterialJet-ting）、材料擠出（MaterialExtrusion）、粉末床熔融（PowderBedFusion）。國際ISO/ASTM52900∶2015標準，將增材制造工藝分為黏結劑噴射、定向能量沉積、材料擠出、材料噴射、粉末床熔融、薄材疊層和立體光固化七大類。3D打印技術早已打破了原有制造技術在加工復雜結構上面臨的技術瓶頸.

未來3D打印的制造成本將逐步降低，而加工速度則會飛速增長，其研究熱點將從基礎研究工作中轉移拓寬，包括：生物材料3D打印，金屬材料3D打印，噴射3D打印技術，多材料、多功能梯度材料、多色及真彩色表面紋理3D打印，配套軟件及數據處理等。3D打印技術是一種交叉和融合了包括計算機技術、機械工程、材料科學、生物科學以及數控技術等多學科的新型制造技術，在機械制造、生物醫療、海洋、航空、建筑等行業中得到了廣泛應用。

1.不斷加強國家層面的戰略布局

構建我國3D打印頂層設計，同時努力強化、細化政策引導，有序推進3D打印市場良性發展。

2.要清楚認識到3D打印并不會取代傳統的制造技術

更是一種技術融合，一種對傳統行業和傳統技術的全面升級和改進。要適應時代發展，利用“互聯網+”、大數據、云計算等技術紅利進行數字化資源的優化整合，搭建更多開放式服務平臺，真正實現3D打印與各產業間的深度融合。

3.不斷加強3D打印科學研究，尤其是制造工藝和材料研究

努力構建3D打印過程的實時反饋和誤差分析系統，減少材料浪費、降低冗余度，實現綠色加工、智能制造;研究和開發新型材料、智能材料，豐富和提高材料的多樣性和力學性能。

3D打印是對傳統制造工藝的革命性變革，能夠給制造業帶來全新的理念，也將成長為未來制造業新的、強有力的經濟增長點。近些年，隨著各國對增材制造的重視和發展，3D打印不管是技術研究還是產業規模都取得了長足的進步，但仍具有巨大的市場潛能。我國增材制造技術的起步時間跟全球其他國家基本同步，前期在設備制造工藝、材料、軟件開發等方面研究取得了豐碩的成果，制造技術基本達到國際水平，部分技術處于國際領先水平;但是在技術轉化、應用推廣及產業化等方面卻遠遠落后，亟待解決。

[1]T Sathish，M D Vijayakumar，Anshumaan Krishnan Ayyan-gar.Design and fabrication of industrial components using3D printing[J].Materials Today：Proceedings，2018 （5）：14489 -14498.