增材制造3D打印發展趨勢

摘要：隨著信息化、智能化技術在國內多個領域的迅速普及，3D打印對于國人來說已經不再是一個陌生的詞兒。3D打印，屬于一種快速成型的手段，也叫做增材制造。它是基于數字模型文件，再借助于一些粘合材料（如塑料、粉末狀金屬）等等，一層層進行打印，從而實現對物體的構造。該技術在全世界的誕生和發展已經有30年左右，傳入我國的時間也已經不短。那么，它在未來又會有哪些發展趨勢呢？本文結合其目前的現狀，談談其未來的發展趨勢，提出一些觀點。

關鍵詞：數字化;智能化;增材制造;3D打印;發展趨勢

1? 引言

3D打印被認為是第三次工業革命的代表[1]。它可以說是隨著整個社會在數字化、智能化方面的趨勢而誕生的。3D打印也叫做“增材制造”，它是通過離散--堆積的機制，以零件三維數據對設備進行驅動，從而實現對零件的直接生產加工。如今，這種技術在我國受到了很廣泛的推廣，能夠改善對多種工業品的改善效果。可以說是一項很有價值的工業技術。

為了更進一步推動增材制造3D打印在國內的推廣，我們有必要分析一下關于這一技術的未來發展走向和變革趨勢。

2? 關于這一技術的簡要分析

3D打印技術是將原材料采用層層堆積法使其成型的一種增材制造新技術[1]。其技術藍本為計算機三維設計模型，再通過數字打印機來實現其加工目標。它一般被運用在模具加工及工業設計等等方面，現在也被廣泛運用在直接生產一些產品上面，通過其來制造零部件。尤其在去年，該技術又被運用在醫學領域上面，從而幫助實驗用的白鼠恢復身體運動能力。

在使用3D打印技術時，離不開兩個方面的操作系統--軟件分層離散、數控成型。再通過激光束、熱熔噴嘴這些手段，將一些特殊材料一層層開展堆積黏結，再進行疊加，生成模具，最終生成實體產品。

對比起常規的加工制造方式來說，該技術不是通過原來的三維實體，而是將其轉化為一系列的二維平面，將材料進行處理，一層層進行疊加，最后投入生產。可以說是帶來了生產制造的又一輪革命，使其難度得到了很大程度的降低，擺脫了過去繁瑣的工藝步驟及龐大繁瑣的機床系統，也有效節省了人力資源。任何零件都可以從計算機圖形數據當中直接生成。這樣，生產加工業就可以朝著更為廣泛的群體當中發展。

3? 關于該技術簡要的發展史

3.1 在國外的發展史

該技術最初是1940年在美國產生的。當時，有人嘗試將硬紙板進行切割，一層層的粘連形成三維地形圖。這可以說是3D打印技術的雛形。上世紀八十年代后期，該技術又實現了核心環節的突破，并先后注冊了多項專利。

具體來說，1986年，光固化在美國產生;兩年后又產生分層實體制造技術。在接下來的四年里，又先后誕生了與3D打印相關的多項新技術如粉末激光燒結、熔融沉積制造、噴頭打印等等，并推出了一系列與之相關的生產設備，更進一步推動了3D打印的迅速發展。時至今日，該技術已經在全世界發展的相當成規模。

3.2 在國內的發展史

在國內，雖然該技術進入的比較晚，起步比較晚，但是發展的卻是很快的。在2000年左右，該技術開始在我國進入起步期。其后，政府對這方面給予了很大程度的扶持，在后來的20年里也實現了快速發展。如今，國內涉足該業務的企業已經達到上百家，通常集中在一些一線城市和省會城市。其產業規模也早已達到了數十億元，相當于是十年前的數十倍。還被廣泛的運用在了國防、醫療健康、航天、遙感、藝術品等等多個領域當中。

4? 國內關于該技術的現狀淺析

盡管該技術在國內已經越來越發展成熟，運用的也越來越廣泛，但還是存在著不少發展的不夠完善的地方，需要我們在今后的研發當中將其做到完善。

比如，我們列舉幾個方面。

4.1 加工材料還存在著緊缺

目前，國內在這方面的耗材，普遍存在著緊缺的狀況。由于國內在這些材料的生產加工方面的水平仍然不足;而那些成本較低的材料，又很少有廠商肯加工生產。所以就產生了加工材料緊缺的問題。

4.2 加工材料成本偏高

除了加工材料緊缺的問題之外，還普遍存在著加工材料成本偏高的問題，從而限制了這一技術的進一步普及。這主要是由于該方面的材料絕大部分都是從國外引進的，這在無形間增加了其材料成本。比如，國內大部分3D打印機的價格成本高達20000元。如此偏高的價格成本，當然就會限制它在國內的進一步普及。所以，目前這方面材料在我國的量產還處于比較低的水平上面。

5? 國內該技術的發展趨勢與方向淺析

根據我們前面分析的關于現階段，該技術在我國的運用當中所存在的一些問題，我們認為，該技術在我國未來的發展，必須要從壓縮成本和提升材料性能等等上面入手。所以，這也要求從政策上面必須要加強扶持，從而給加強研發創造條件。具體地說，我們應當從下列的發展趨勢入手，由下列的發展方向作為切入點，來加強對這方面的研發：

5.1 進一步提升打印質量

現在，材料較為單一的狀況普遍存在。所以后面我們會采用多種打印材料，如智能材料、功能梯度材料等。從而拓寬其材料選擇。

其次，提升3D打印的速度、效率和精度，從較小的范圍開始推廣再進行擴大，然后再接著作擴大推廣。由于該技術最長處的地方，為一些難度很大而較為復雜的加工技術，這就決定了其可在航空制造、生物醫療這種對成本不敏感、不需要大規模生產以及需要個性化定制的領域取得發展。

5.2 推動機器設備的進一步輕量化、輕便化

機器設備的體積能夠做的更小，做到桌面化、減少了成本、使用起來也更為簡便，這需要廠商提升研發水平;在投融資上進行革新，比如采取眾籌、PPP等方式，從而能促進該領域的更完善的融資，也為其后面的進一步革新提供了資金。

6? 具體的案例簡介

在關于該技術的具體案例上面，我們特別選用關于福特公司汽車零件的案例。

福特公司最近使用3D打印技術的案例包括：

全新福特野馬的發動機蓋;HF35變速箱中的轉子架、傳動箱、阻尼器外殼、變速箱端蓋。HF35變速箱用于福特C-MAX混動車以及Fusion混動車中;全新福特Fusion中的四缸EcoBoost發動機;福特探險者中的剎車盤（修復一個在耐久性測試中發現的制動噪聲問題）;

福特F-150皮卡中3.5升EcoBoost發動機的進氣歧管。福特公司表示，3D打印技術在零部件制造中的應用或將開啟汽車工業的第三次革命。

如果工件的批量較小但形狀復雜程度很高，那么其中間的步驟——直接制造終端零部件，就可以省略。

7? 結語

3D打印，如今已經是國內十分常用，成熟程度也比較高的工業打印手段了。而隨著其不斷的發展，其變革趨勢也在隨著市面上具體的運用需求而進行著調整。為此我們要不斷地順應這種趨勢，推動其在國內的進一步的發展與普及。

參考文獻：

[1]陳為平，林有希等. 3D打印發展現狀分析及展望[J].工具技術，2019，8（20）：101-102.

[2]武王凱，周琦琛等.金屬3D打印技術研究現狀及其趨勢[J].中國金屬通報，2019，5（31）：88-89.

作者簡介：

過凱楠（1990年1月15日），民族：漢，性別：男，籍貫：江蘇省無錫市，學歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：3D打印技術/機械。

增材制造金屬激光粉末床熔融（L-PBF）。

設備綜合性能評測和標準化研究（KJ207532）。

（無錫市產品質量監督檢驗院，江蘇 無錫 214028）