3d打印材料十篇

3d打印材料篇1

目前3D打印市场的火热，更多的是源于其概念和模式的新奇，而其实际产业应用和推广水平，并没有想象的那么乐观。

3D打印技术很早就在国内开始了研究和探讨，我国在国际范围内也属于起步较早的国家。

从实际制造以及尖端科研水平来看，中国3D打印并不比国外差，甚至在某些方面还处于国际学科前沿阵列之中。

但值得注意的是，国内在产业推广上还很薄弱。3D打印在国内虽有一些应用，但真正的工业应用还远不及国外广泛。

这种结果和国内外产学研模式紧密相关。

在国外，其先进技术的应用和推广更接近于一个倒逼的过程，具体科研项目的启动更多的是从需求起步。首先是制造企业或者具体应用出现技术需求，进而科研机构根据需求确定研究方向并进行攻关，研究成果一出来便可直接投入应用。

当然，国外科研人工成本远远高于国内，其单个科研项目40～60%的经费都用在人工方面，尤其是高校，不可能会有大量的科研人员从事产业方向不明确的研究。这就间接要求他们必须从一开始就从具体应用着手，并紧跟实际应用逐步完善和发展。

而在国内，由于科研环境的不同，高校科研机构更关注的是技术创新，当技术水平达到一定规模，才会进而考虑找相关企业合作，朝着应用推广。

正因为如此，3D打印更应该从发展初期就关注具体产业推广。

一个相对比较好的模式就是产学研结合，比如可以由企业提出具体需求，并联合高校或科研机构共同攻关。企业从需求或者市场出发，牵头组织相关科研部门进行研发，这种模式将大大缩减新应用推广所需要的时间，新技术和市场也能更好地做到无缝衔接。

3D打印要实现快速产业化，产学研相结合是一条捷径，在技术积累、商业开发和资本动作方面还需要更多的知本和资本的投入。具体科研成果需要走出实验工厂迅速实现规模化和产业化发展。

原材料也是制约我国3D打印技术发展的一大瓶颈，包括激光烧结在内的部分行业，我们不仅需要从国外购买设备，还需要进一步采购其原材料。国内并非没有可替代产品，但质量还不够稳定。有些是材料本身的问题，有些则是应用环境的问题。比如激光烧结粉末，这种原材料对包装要求极严，不能有丝毫的氧化。

3D打印要实现真正的产业化推广，上游原材料是一个躲不过也绕不开的核心问题，只有国内重视原材料开发，从实际需求入手解决原材料供应，才能实现3D打印的不受制于人。但因为不同的3D打印方法所需要的原材料是不同的，所以可以预见，这个突破过程可能需要较长时间。

从国家政策角度来说，任何政策的制定首先要有总体设计，这个设计一定是从底层开始的。一定要先把问题分析透彻，找到具体切入点才能具体制定。3D打印同样如此，国家要制定相关政策支持和推动这个产业发展，需要从各方面均衡考量，最基本的就是经费问题，没有经费投入，很多技术问题都会成为前进路上的障碍。

3d打印材料篇2

“中国制造2025”使3D打印技术成为产业发展的前沿，极受大众欢迎和关注。3D打印技术最突出的优点是无需传统加工机床或加工模具，据CAD图形可直接制作形状非常复杂的工件，通常只需切削法30%～50%的工时和20%～35%的成本，极大地缩短了产品的研制周期，提高了生产率，并降低了生产成本，被誉为制造业的一场革命并获得了广泛应用。

但是，3D打印技术至今未实现产业化，也没走进广大老百姓的日常生活，原因很简单，首先是3D打印机本身的机器价格很高，其次是3D打印机打印所需的原材料的价格也很高，而且，精密度越高、速度越快对材料的要求就越高。因此，3D打印迟迟难以市场化。

1 基于PDM的桌面级3D打印技术

经过近20年的努力，实现3D打印技术工艺的关键设备已有5种商品化的定型产品，分别是SLA（光固化/立体光刻）、SLS（选择性激光烧结）、LOM（分层实体制造）、3DP（三维印刷）和PDM（熔融沉积成形）。

国内3D打印机在工艺上采用最多的是制造和材料成本最低的FDM熔融沉积成形技术，该技术以一种丝材作为成形材料的快速成形工艺，丝材通过送丝机构送至喷头，在喷头内受热熔融并挤出，喷头根据层片形状进行扫描填充，挤出的材料固化在底板或者上一层层片上，如此反复直至所有层片加工完毕。

1991年，Stratasys成功研发出基于FDM技术的3D打印设备，该打印机体积小巧，结构紧凑，安装简单，易于操作，便利可靠，可以放在办公桌面上打印立体实物，所以又称桌面打印机。基于FDM的桌面级打印机分为开放式和密闭式两种。

2 打印材料

基于PDM的3D打印技术工艺无需激光器，维护方便，特有空隙结构，节约材料与成形时间，运行成本低，材料利用率高，无污染。目前基于FDM的桌面级3D打印机的耗材以塑料丝材为主，熔点较低，韧性较高，如蜡、ABS、PC、尼龙、PC、PC/ABS、PPSF等，在这些塑料丝材中，以ABS丝材和PLA丝材最为常见。

ABS是目前产量最大，应用最早的FDM桌面打印机的塑料打印丝材。它是Acrylonitrile Butadine Styrene（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）的缩写，具有优良的综合性能，冲击强度极好，有优良的耐磨性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性、电气性能和染色性，易于成型加工和机械加工，制品尺寸稳定，可进行表面印刷、涂层和镀层处理，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域。

PLA是一种新型的生物降解材料。它是Poly Lactic Acid（生物降解塑料聚乳酸）的缩写，以玉米为原料，通过生产最终转化为聚乳酸，属可再生资源。它具有最良好的抗拉强度及延展度，也拥有良好的光泽性和透明度，相容性和可降解性也很好，适用于熔化挤出成型、射出成型、吹膜成型、发泡成型及真空成型等各种普通加工方式生产，打印出来的模型硬度好，色彩鲜艳，富有光泽。

这两种材料在打印时各有优缺点，主要表现在以下几个方面。

（1）温度。

ABS丝材在打印温度、加热板温度、玻璃转化温度和耐热温度上都比PLA丝材高，其具体数值见表1。

（2）打印性能。

虽然，ABS丝材容易打印，但打印时必须要用加热板，且不能在室温太低、通风太大的房间以及室外打印，打印物体的高度也不能太高，因为ABS材料冷却速度快，容易收缩，会导致打印制品在加热板上翘边、局部脱落、悬空，甚至整层剥离，因此，为避免造成问题，最好使用密闭式桌面打印机。

PLA丝材与ABS丝材几乎完全相反，60℃以下不使用加热板，60℃及以上时才使用加热板。它收缩率小，使用加热板时，即使是在开放式打印机和公共场所打印，也不必担心打印制品会从加热板上悬空、歪斜或破损；不使用加热板时，打印大型零件也不会翘边。但是PLA丝材熔化后容易附着和延展，经常会堵塞送丝机构加热部件的喷嘴，尤其是全金属制的加热部件喷嘴，不过这个问题，在安装轴承时滴一滴油就能解决。

（3）强度。

ABS材料的冲击强度相当高，主要是因为FDM熔融沉积成形技术是一层一层打印的，只要以适当的温度打印，就能让层层ABS丝材牢牢黏住。但ABS材料也具有柔软性，即使承受压力也只会弯曲，不会折断，且ABS材料弹性十足，要是掉落在地上，多半会弹起几个来回。虽然用PLA材料打印时，每一层丝材也都会黏得相当牢固，但是它却比ABS稍逊一筹，要是掉落地上或撞到东西时，多半会产生缺口或破损，而不会弹回来，且薄的地方容易在弯曲前折断。

（4）气味。

ABS材料最大的缺点是打印时会产生强烈刺鼻的气味。但PLA气味香甜，打印时气味就像棉花糖一样，气味微弱，但香气宜人。

（5）适用场景。

ABS材料适合做成穿戴用品，如手镯、戒指等，也适合制作可能会掉落、使用于高温环境下、或是以粗鲁的方式使用的物品，特别是薄壁物品，如刀柄、车用手机架、手机保护壳、玩具等。图1所示为ABS丝材打印的薄壁模型。

PLA材料可以广泛地用来制造各种应用产品，如盒子、礼物、模型和原型的零件等，它既能回收，也会腐朽消失，还具有耐水性。图2所示为PLA丝材打印的艺术花瓶。

（6）不适用场景。

ABS材料不适合在通风不良的房间使用，因没有加热板就无法打印，所以也不适宜在在没有挡风和抗温装备的状态下打印大型物体。PLA不适合放进60℃以上的东西里，因温度太高会让材料变形。此外，这种材料质地脆弱，不能用来制造工具的把手或会多次掉落的零件。再者，PLA只要稍微弯曲就会折断，不适合做成薄的东西。可见，ABS和PLA但是ABS是非晶体，PLA是晶体，对比观察，加热到195度，PLA可以顺畅挤出，ABS不可以；加热到220度，ABS可以顺畅挤出，PLA会出现鼓起的气泡，甚至被碳化，碳化会堵住喷嘴，非常危险。

3d打印材料篇3

关键词：3D打印技g；航空航天材料；智能化设计；作用

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0103-01

随着科学技术的不断发展，航空航天领域也呈现出前所未有的发展新态势。航空航天材料的设计也在向多样化、智能化及信息化方向发展。但是在材料的设计过程中仍然面临着设计成本高、设计精确度要求高等问题，这就要求设计者们必须严密地设计出需要的航空材料，并且尽可能地减小误差，这也给设计者带来了很大的技术难题。3D打印技术为此类问题的解决提供了新的方案[1]。

1 3D打印技术的概念及发展特点

1.1 3D打印技术的概念

3D打印技术即一种快速打印样品成型技术。其原理是将金属粉末或塑料粉末等当做打印“墨”，根据数字模型要求，再通过逐层打印的方式打印出成品，这种技术在国外也被称为“增材制造”。3D打印技术的发展得益于计算机技术的不断创新与突破，其打破了传统打印的意义。此外，随着3D打印技术的不断完善与成熟，其越来越多地应用于生活、社会活动以及高科技等各个方面，诸如航天航空领域，对于我国高科技的发展有着重要的意义。

1.2 3D打印技术的发展特点

3D打印技术发展历程大致如下：1984年的基于数字资源的三维立体模型打印技术、1993年发明的3D印刷技术（3DP）、1996年具有真正意义上的的“3D打印机”问世、2005年第一台彩色“3D打印机”――Spe问世、2010年可以打印整个身躯轿车的“3D打印机”出现、2011年能够打印飞机的“3D打印机”出现。3D打印技术在不断朝着复杂、多样化以及高科技等领域的方向发展。因为其不需要传统的机械加工或制造模具就能直接根据计算机图形数据生成任何形状的物体，极大地缩短了产品的生产周期，提高了产品的生产效率。这对航空航天材料的智能设计起着很大的作用[2]。

2 3D打印技术运用于航空航天材料设计上的优势

2.1 节省材料

一个飞机机身的模型需要许多零件和部分组成，而应用3D打印技术之后，不用剔除航空材料的边角料，提高了材料的利用率。此外，3D打印技术取代了传统的大规模、占用空间以及耗人力等的生产线，从而最大化地节省了材料，降低了成本。

2.2 制作材料精度高

材料的精确设计是确保航天航空领域安全发展以及快速发展的最基本要求。而传统的材料设计技术无法保证人为的错误以及将误差降到最低等，这就限制了航天航空的发展。因此，3D打印技术运用于航天航空领域时，给航空航天的智能化材料设计带来的将是质的飞跃与创新。

2.3 无需传统模具

3D打印技术在智能化材料设计过程中不用使用传统的刀具、机床以及其他磨具，通过将产品的外形等通过计算机技术如AUTO CAD技术设计出来，然后直接打印生成实物产品。这在很大程度上简化了传统磨具下的制造工艺。

2.4 缩短材料制作周期

3D打印技术可以自动、快速、直接和精准地将计算机中的三维设计转化为实物模型，甚至能够直接制造零件和模具，绕过了传统的制造工序，从而有效地缩短了材料设计的研发与制作周期。

3 3D打印技术对航空航天材料智能化设计的促进作用

3.1 促进了航空航天材料设计技术的革新

3D打印技术的运用加快了其材料智能化的设计进程，打破了传统的设计思维和方法，使得航天领域设计技术的不断发展及完善，更是将高科技与制造业设计的结合推向了一个新的高度，加快了智能设计技术的发展与革新。

3.2 促进了航空航天材料设计成本的降低

在航空领域，不管是创新设计还是机械制造，都需要严密规整的模型。在造一架飞机时，要经过无数的模型模拟，而每一次模型的制造以及模拟都需要很大的财力支持。而应用3D打印技术，这种资金消耗将得到大幅度降低。3D打印技术依靠高精确度使得设计时模型能够精准使用物料，这使得设计材料时所使用的资金的到合理的运用。

3.3 促进了航空航天材料设计的创意性发展

在航空航天领域，其运用3D打印技术可以促进材料设计的智能创新，可以促进飞机机身的多形状化发展、零件的多颜色发展等。在使用3D打印技术之后，我们有理由期待一种更先进更具有创意性的航空航天产品。

3.4 促进航空航天材料设计的人性化发展

运用3D打印技术实现材料设计智能化之后，材料制作可以向着个性化、多样化方向发展，例如：我们可以根据每家航空公司理念等的不同设计出富有个性化、突出其理念的产品，而不是趋同的制作，比如航天飞机上的座椅可以根据员工的操作习惯以及身体结构量身“3D”打造。这体现出材料制作的个性化，而这得益于3D打印技术的运用。

4 结语

综上所述，笔者认为基于计算机技术的3D打印技术以其高精确度、高生产率等特点将快速融入航空航天领域材料的智能化设计。但是，目前该技术仍然存在着强度低、材料存在局限性等缺点，因而其应用范围还不是太广泛。不过我们相信，3D打印技术的进一步完善会深刻的影响我们生活。

参考文献：

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简单地说，3D打印机是这样工作的：先用计算机建立所需打印物体的三维模型，然后把模型分成多层结构，用机器将原料（目前而言通常是金属或塑料）熔化，再运用喷墨打印机的工作原理，使熔化材料从喷嘴喷出，从而打印出多层结构的第一层，然后是第二层、第三层……逐层叠加，当所有层都打印完时，所需要的物体就出现了。该技术被应用在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程以及许多其他领域。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。进入新世纪以来，这类机器的销售有了快速增长，其价格则出现大幅下降。3D打印制造物品所需要的，只是一台3D打印机、原材料和控制打印机的软件。用软件画出模型，把原料加入打印机，点下“打印”选项，过一会儿就可以拿到新鲜出炉的物品了，这就是这种打印方式的惊人之处。

流水线改变了生产制造的方式，从而使世界进入了现代化时代。同样，3D打印也可能使人类生活进入一种新状态。工程师和设计师们使用3D打印机已经有数十年了，但大多数情况下，只是为了能在产品大规模生产之前快速而廉价地得到其原型，从而摆脱价格昂贵且效率低下的模具制造的束缚。随着能够处理的材料越来越多，3D打印机开始更多地被用来生产成品。研究3D打印的人们喜欢用“加法”或“减法”对传统工业制造进行分类。在工业界，使用3D打印机生产被称为“加法”制造，这种方式与使用切割、钻孔和金属蚀刻这些需要用车床等工具对材料进行加工的“减法”制造完全相反。加法制造过程中所需的原材料很少，而且3D打印机由软件驱动，无需费时费力地重新调整机器，就可以很容易制造出不同部件。3D打印这种所需材料更少、生产流程更简单的特点是传统制造方法无法比拟的。

将3D打印设备称为“打印机”，是参照其技术原理的结果，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。随着这项技术不断进步，现在已经能够生产出与原型的外观、感觉和功能极为接近的3D模型。对于生产者来说，3D打印技术可大幅降低成本，提高原材料和能源的使用效率，减少对环境的影响，它还使消费者能根据自身需求量身定制产品。3D 打印机既不需要用纸，也不需要用墨，而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术，把电子模型变为实物，其优点是大大节省工业样品制作时间，而且可以“打印”造型复杂的产品。许多专家认为，这种技术代表制造业发展新趋势。

3D打印的优势

3D打印技术能够改变制造业，因为它降低了产品的成本和生产风险。3D打印不需要庞大的机器、巨大的厂房，企业因此就不需要一直扩大生产规模，以赚取巨大的固定资产投资。不仅如此，3D打印还能够大幅减少原材料消耗并减少对装配人工的需求，因此是一种耗能低、污染低甚至无污染的生产方式。

当今世界，大量同质化的产品有时会不受消费者欢迎，尤其当很多东西都可以通过3D打印量身定制之后，传统的制造方式将被逐步淘汰。能够定制化、小批量生产而几乎不增加成本，是3D打印的一个巨大优势。在消费者追求个性化的当代社会，此种方式能够很好地迎合消费者需求。

对发达国家来说，它们这种用规模化、机械化的加工方式取代需要人工精密加工的生产步骤，可以减少对人工的依赖，减少运输费用，单位人员的产出会更高，从而减少对发展中国家制造业的依赖，

将来人们会看到，消费者能在家中像下载音乐一样下载产品模型，然后打印出来；或者在当地的3D打印中心，根据自身的喜好设计出各种产品。这样的情景可能很遥远，但技术发展的速度经常是不可想象的，一场新的工业革命可能即将来临。

可能很多人以为，3D打印就是在电脑上设计一个模型，不管内面和结构多复杂，只要摁下“打印”按钮，3D打印机就能打印出一个成品。这个想法其实不正确，因为真正设计一个模型，特别是一个复杂的模型，需要大量工程、结构方面的知识，需要精细的技巧，并需要根据具体情况进行调整。以塑料熔融打印为例，如果一个复杂部件的内部没有设计合理的支撑，打印出的成品很可能会变形。媒体喜欢将3D打印机描述成产品打印完毕就能直接使用的神器，可事实上，产品制作完成后还需有一些不可避免的后续工艺：或打磨，或烧结，或组装，或切割，这些过程通常需要大量的手工工作。

都说3D打印能给人们巨大的生产自由度，能生产前所未有的东西，可直到目前，几乎还没有这种市场“杀手”级别的产品出现。用3D打印机小规模做些饰品、艺术品是可以的，做逆向工程也是可以的，但要谈到大规模工业生产，3D打印还不能取代传统的生产方式。如果3D打印能生产出其他工艺无法生产的产品，而这种产品在某些性能方面有极大提高，或是能够极大改善消费者的生活品质，或许能促进3D打印机实现更快普及，但目前这方面还不尽如人意。

发展瓶颈

目前，3D打印技术面临的发展瓶颈主要有以下几个：

首先是价格因素。大多数桌面级3D打印机的售价在2万元人民币左右，国内的一些仿制品价格虽然可以低至6000元，但据商透露，国产低价3D打印机的生产质量很难有保障。另外，桌面级3D打印机仅能打印塑料产品，因此使用范围非常有限。而且对于家庭用户来说，3D打印机的使用技术要求仍然很高。因为使用者必须懂得3D建模，然后将模型数据转换成3D打印机能够读取的格式才能进行打印。

其次是原材料因素。3D 打印不是一项高深的技术，它与普通打印的区别就在于使用材料不同。以色列的3D打印机制造商 Object是掌握打印材料品种最多的公司。目前，它已经可以使用14 种基本材料，还能在此基础上混搭出 107种材料。但与大千世界为人类提供的材料品种相比，这个种类规模还相差甚远。不仅如此，材料的价格也是个问题，便宜的材料每公斤几百元，而最贵的材料每公斤售价可达4万元左右。

第三是社会风险成本因素。如同核反应既能用于发电，但又具有可怕的破坏力一样，3D打印技术在发展初期已让人们看到了一系列隐忧，而未来进一步的发展也令很多人有所担心：什么都能彻底复制，想到什么就能制造出什么，听上去很美的同时，这种不受控制的创造也着实令人恐惧。

3D打印是一层层地制作物品，想把物品制作得更精细，就需要减小每层的厚度；想提高打印速度，就需要增加层厚，而这势必影响产品的精度。在生产同样精度的产品时，与传统工业生产相比，3D打印没有成本优势，尤其是没有时间成本和规模成本优势。

现在3D打印机市场百花齐放，如同处于战国时代，导致机器品质参差不齐。目前3D打印机缺乏统一的制造标准，致使同一个3D模型在不同的打印机上打印时，得到的产品可能大不相同。此外，打印原材料也缺乏标准，3D打印机生产商都想让消费者购买自己提供的打印原料，以便获取稳定的收入。这种做法可以理解，毕竟普通打印机的打印原料也是采用这种模式供给的。但问题在于3D打印机生产商所用的原料一致性太差，从形式到内容千差万别，这让材料生产商很难与之合作，因为研发成本和供货风险都很大，从而难以形成产业链。表面上看，是3D打印机捆绑了3D打印材料，事实上却是材料捆绑了打印机，这非常不利于降低成本和抵抗风险。

应用领域

3D打印技术迅速兴起，成为炙手可热的新型产业，它可以打印的立体产品种类正迅速增加。3D打印机的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。以色列的Object公司认为，对3D打印机需求量较大的行业包括政府、航天、国防、医疗设备、高科技、教育以及制造行业。

2011年6月，欧洲一位患有慢性骨骼感染病的83岁老人，换上了由3D打印机“打印”出的下颚骨，这是世界上首个使用3D打印技术制作人体骨骼的案例。据国外媒体报道，在不久的将来，外科医生们或许可以在手术现场利用打印设备打印出各种尺寸的骨骼来使用，用于替代真实人体骨骼的打印材料也正在紧锣密鼓地研制，在实验室测试中，这种骨骼替代打印材料已经被证明可以支持人体骨骼细胞在其中生长，其有效性也已经在老鼠和兔子身上得到了验证。未来数年内，打印成的、质量更好的骨骼替代品或将帮助外科医师修复病人损伤的骨骼，帮助骨质疏松症患者恢复健康，也可以用于牙医诊所。

为了打印骨骼替代品，来自华盛顿州立大学的机械和材料工程师萨斯米塔·博斯（Susmita Bose）和她的同事们对可从商业销售渠道获得的ProMetal 3D打印机进行了测试。这种3D打印机会在一层粉末基底之上逐层喷洒原材料胶粒并逐层成型，每一层的厚度仅相当于人的头发丝宽度的一半。使用这台打印机制造的骨骼支架的主要材料成分是磷酸钙，其中还额外添加了硅和锌以增强其强度。当它被植入人体内之后，可以暂时起到支撑骨骼的作用，并在此过程中帮助正常的骨骼细胞生长发育，由此修复之前的损伤，这种材料最终可以在人体内自然溶解。科学家们花费了4年时间才找出这种合适的材料配方，使用的技术涉及到化学、材料学、生物学和工艺科学等诸多学科。

美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适用于学术研究的3D化石模型。模型不但保留了原化石所有的外在特征，同时还能按比例缩减，更适合研究使用。在微软的3D模型打印车间中，当产品设计出来之后，用3D打印机制作模型，能让设计制造部门更好地改良产品，从而打造出更出色的产品。

博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害，同时复制品也能让艺术或文物有机会影响更多的人。因为托马斯·杰斐逊雕像的原件要送到弗吉尼亚州展览，史密森尼博物馆就将一个巨大的3D打印替代品放在了雕像原来所在的位置。

在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印建筑模型的思路。这种方法快速、成本低、环保，而且模型制作精美，完全合乎设计者的要求，还能节省大量材料。制造业也需要很多3D打印产品，因为从某些方面来说，3D打印在成本、速度和精确度上都比传统制造好很多。

现在，研究人员已经开始尝试用巧克力做原材料来打印了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用3D食品打印机“打印”出来的。当然，这种打印食品的售价可能会比传统食品贵很多倍。

汽车行业中同样有3D打印机发挥作用的领域。并不是说汽车可以直接用3D打印机打印出来（或许未来这也是有可能的），但汽车制造商在进行安全性测试等工作时，可以将一些非关键部件用3D打印出的产品替代，在获得效率的同时降低成本。

一位名叫恩里科·迪尼（Enrico Dini）的发明家称，他已经与建筑大师诺曼·福斯特（Norman Foster）和阿尔塔空间公司（Alta Space）的科学家进行过讨论，希望能设计出一种可以用月球尘土做原材料的打印机。届时，就可以在月球上用这种打印机快速建造出人类的月球基地。

预计到2050年，3D打印技术将能制造出飞机。据飞机制造商空中客车公司（Airbus）的设计师透露，该公司的3D打印飞机计划预计可在2050年前变成现实。据《福布斯》杂志报导，此计划会使用体积为机库大小的3D打印机制造飞机零件。空中客车公司的员工巴斯蒂安·谢弗（Bastian Schafer）描述了他的构想：这架飞机长80米，曲面机身由透明材质制成，乘坐这种飞机的乘客会感到自己彷佛正在云端翱翔。

行业现状

如果未来3D打印技术能走进我们的生活，将提供无数的商业机会，包括3D打印设备制造、打印材料制造、应用软件和服务等。环顾我们生活中的四周，绝大部分消费品都可以用3D打印技术制造。据相关机构统计，到2015年，3D打印行业的市场容量至少可达到1600亿美元。

3D打印产业分为3D打印设备制造、材料制造和相关的应用软件和服务三个部分。3D打印机是整个产业的基础，随着产业的发展，无论是家用的桌面3D打印机还是制造业使用的3D打印机的需求量都会大大增加。在这个领域，未来会呈现传统巨头与新兴企业并存的局面。在消费市场，各种打印材料的性质完全不同，制作出的产品也可能无奇不有；而在工业市场中，可能每一个项目都要由不同的3D打印机来完成。因此，3D打印设备制造商将面临非常细的市场区分和极高的定制要求。

现在这个行业还未出现明确的领导者，参与者有一直从事3D打印的科技公司，也有惠普这样的传统打印行业巨头。目前3D打印机与传统喷墨打印机可以说是一脉相承，但随着技术的发展，两者可能会体现出越来越多的区别，也可能有越来越多的企业进入这个行业。

在3D打印材料制造领域，将诞生专业的材料提供商。打印材料是3D打印产业的核心部分之一，材料技术的发展水平直接决定着3D打印机的制造能力，决定着打印出的产品能否完全取代传统制造业生产的产品。材料制造商追求的目标是：更好的材料质量，与之匹配的打印技术，像现在的打印机墨盒一般廉价且方便使用。

目前，打印材料制造行业的主要参与者还是各家设备制造商。但与传统打印行业耗材单一、技术含量不高的特点不同的是，3D打印需要使用各种高技术材料。因此，专业的材料提供商未来也必然会成为这个行业中的重要成员。

与3D打印相关的应用软件与服务的需求潜力十足，其市场之大可能超出想象。应用软件用于控制3D打印机，软件使用平台的易用性对3D打印产业有巨大影响。现在的3D建模软件较为复杂，售价昂贵而且普通用户难于使用。如果能让用户快速、方便地建立自己需要的模型，比如在平板电脑、智能手机等平台上开发各种与3D打印有关的应用，让消费者能随时随地打印出自己的灵感，3D打印的需求肯定会迅速提升。在这方面，总部位于荷兰的创新制造公司Shapeways提供了一个很好的模式：消费者将3D模型图甚至是2D图片上传到公司网站，公司就能制造出相应的饰品，然后邮寄到消费者手中。消费者甚至还可以在网上出售自己创造的3D模型。

3D打印在国内外都得到了高度重视，机器本身并不是技术推广的难点，但其是否会成为未来制造业的发展方向，仍需要时间检验。但可以确定的是，在军工、航天、科研等不在意投入产出比的行业中，3D打印已经得到了很多的重视。从3D打印产业链来看，未来有很多方面都具有发展潜力：

在输入端，3D图纸设计最具有发展潜力。无论三维打印发展到何种地步，图纸设计都是无法取代的。此外，三维设计软件、图纸设计服务、扫描软件以及扫描设备制造领域都可能有较大的发展。

在制造端，与打印机相关的行业都有发展潜力。作为行业的核心，3D打印机生产的发展已基本走上正轨。例如，3D System公司研发了应用于不同行业的使用不同材料的打印机，净利润率可达到15%左右。目前来看，3D打印机的瓶颈仍然是多种混合材料打印，如果能够发现更多成本低、易于应用的打印材料，可极大地扩展3D打印的应用。

在服务端，3D打印服务同样具有发展潜力。打印服务目前在美国已有应用，建立的连锁打印服务机构不免让人想起当年的柯达彩印店；日本也推出了根据孕妇B超结果打印胎儿模型的服务。将类似的应用推而广之不难发现，打印服务必然拥有广阔的市场。

中国的3D打印市场

成立于2009年的杭州铭展网络科技公司是3D 打印机的生产者和商。公司是三维立体打印机生产商3D Systems 部分产品的中国区服务商，同时也基于开源3D打印技术制造出了个人3D打印机系列，发展目标是批量生产经济型家用打印机，以方便设计师、工程师、科技人员甚至普通爱好者的使用。此外，铭展还建立了“我爱3D”设计作品分享社区，让更多人参与3D打印作品的创新和分享。

南京宝岩自动化有限公司自主研发了3D打印机，既有可打印手机座、茶杯、梳子等生活用品的家用型版本，也有冰柜大小的大型彩色3D打印机，可用于打印齿轮、螺帽及零部件等模型，市场售价在1万～25万元之间。

实威国际的总部位于台北，这家软硬件及顾问服务解决方案提供商经营3D打印机相关软件，其产品涉及3D设计软件、3D产品文件编写，可以加强客户建立2D、3D图档和动画的能力。在2012年8月举办的台北国际模具暨模具制造设备展上，实威国际展出了Solidworks系列软件，这种3D 产品设计软件可以帮助制造业企业缩短研发时间。

3d打印材料篇5

关键词：3D打印技术；汽车行业；影响

与传统的“去除材料”加工方法不同，被称为“具有工业革命意义”的3D打印（3D Printing）是一种“添加制造”（Additive Manufacturing）技术。与传统技术相反，“添加制造”技术是采用层叠方式制造零件的方法。[1]

经过数十年的发展，3D打印技术已经逐步成熟，价格有所下降，应用在多种学科领域上，例如：外科医生打印器官；产品设计人员将设计的三维模型打印出来，做原型测试等。3D打印行业连续第二年增长达10亿美元，总市值在2015年已经接近51.65亿美元。[2]

1 3D打印原理

3D打印的步骤通常分为以下四步，如图1所示。各个步骤的详细说明如表1所示。[3]

2 常见打印方法

常见的商品化的3D打印机有七类，其中以SLA、SLS、FDM 和DMLS等四类为主[4-5]。这四类打印技术常见的信息如表2所示。根据打印零件的材料、结构、使用条件选择合适的打印方法。

3 3D打印在汽车产业上的应用

3D打印具有数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造、快速制造等特点[1]，在汽车领域有着很广泛的应用，本文从汽车整车打印、汽车外形设计、个性化定制汽车等方面来说明3D打印在汽车行业的应用。

3.1 汽车整车3D打印

近些年，已有多个公司采用3D打印技术制造汽车整车。表3列举了汽车整3D打印的历史，3D打印厂商与汽车厂商的合作越来越紧密，这一合作势必会推动汽车业的发展。汽车整车打印历史如表3所示。

3.2 汽车外形设计

在进行一款汽车设计的初期，需要设计汽车的外形。汽车的外形对汽车销量有着很大的影响，在设计时需要考虑到美学、空气动力学、汽车的车型、材料工艺、价格成本等。图3为传统汽车造型设计流程。

在这个流程中，着重介绍油泥模型。油泥模型就是在数据模型的基础上，用油泥、泡沫等材料做出实物来。在设计前期做小比例油泥模型，设计后期做1：1的全尺寸油泥模型。全尺寸实物油泥模型，主要作用有两个：（1）直观展现出设计师的设计，可以在实物上直接修改。在油泥模型上进行修改是比较容易了，可以直接用刮刀调整汽车造型曲面。（2）对车身外部进行风洞试验。汽车在行驶过程中，会受到空气阻力的作用，而且车速越大阻力越大。在设计阶段做风洞试验，就是模拟汽车在高速行驶的情况下，检测受到的阻力、升力等数据，以便设计人员对车身进行优化。[5]

引入3D打印后，汽车的外形设计流程大大简化，如图4所示。

在使用3D打印技术后，不仅仅是设计流程大大简化，更是节省了大量时间和金钱。如果车型需要修改，只需修改三维模型，打印3D样车，新车的外形设计就可以完成。在汽车更新换代非常快的今天，采用这种方式设计的汽车厂商，会具有更快的设计周期，更多的产品类型。

3.3 个性化定制汽车

汽车在设计和生产的过程中，设计师要考虑人机工程学来设置汽车座椅高低、仪表盘布置、后视镜大小等。人机工程学是根据大部分客户的数据进行测量和统计的，选取最佳的设计方案，无法兼顾每个客户的需求。每个客户买的车都是从生产流水线上批量生产，毫无个性化可言，面对自己不喜欢或者是不合适的外形、配置等只能被动的接受。如果客户在传统生产方式下要求个性化，则会付出极高的经济代价。

3D打印技术的出现，让客户有了个性化定制汽车的可能。消费者可根据自身条件、性别、动作习惯对厂家提出个性化要求，比如汽车外观的改变、颜色要求、后排座椅变更、仪表盘排布等。在这种方式下，生产成本不会大幅提高，却可以给客户提供个性定制化独一无二的汽车。

4 目前3D打印技术存在的问题

3D打印技术经过多年的发展，已经有了很大的进步，但是在很多方面和传统加工方法相比依然存在不足，有以下几方面问题：

4.1 3D打印材料及其强度

目前3D打印材料主流的是金属、树脂、塑料，其他的材料还在研究阶段，需要研发出更多的材料才能在更多领域的大规模使用。根据所需零件的要求开发新的材料，并建立材料性能参数、打印方法、打印零件测试方法的数据库。即便是现在能够打印出一些金属零件，但是对于有些零件要求的高强度高韧性金属材料，现在依然存在技术难点。

3D打印由于采用添加制造的制造，原材料每层之间是叠加的关系，层与层之间的连接不如传统的铸锻焊等加工方法。在垂直层方向上的受拉受压强度也不如传统方法。比较多的时候，打印零件只能用做原型，其原因是因为零件表面质量和精度不高。

4.2 3D 打印C速度

3D打印机由于层叠的生产方式，其速度目前还不能满足大规模生产的需要。零件的打印体积会直接影响材料数量、成本、打印时间比如：如果要打印三倍体积的零件，花费的时间和成本将是原来的27倍，越大的零件将花费更多的时间。

4.3 3D打印的价格。

3D打印采用材料与传统材料不一样，单单从经济的角度考虑，没有明显优势。在3D打印产业化没有完全形成时，原材料的价格比较高。对于工业生产，3D打印核心设备贵，即3D打印机的投资大，耗材贵。对于企业而言，前期投入非常大，也会造成打印零件价格高。

5 结束语

“具有工业革命意义”的3D打印技术在汽车行业中有着广泛的应用，汽车整车打印、汽车外形设计、个性化定制汽车等应用已经比较成熟。但3D打印还是存在不少的问题，其打印的材料和强度、打印速度、打印价格有待进一步提高。可以肯定的是在未来汽车行业中，随着3D打印技术的发展，使用范围会更加广阔。

参考文献

[1]李小丽.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014（1）：1-5.

[2]黄健.3D打印技术将掀起“第三次工业革命”[J].新材料产业，2013（1）：62-67.

[3]程美.3D打印技术及其对汽车设计的影响[J].汽车工程师，2015（10）：13-15.

3d打印材料篇6

关键词 3D打印技术；发展前景

中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0002-01

1 什么是3D打印技术

1.1 3D打印技术的概念

3D打印机（3D Printers）是近几年来在打印行业出现的一个新兴名词，因为它的特点跟传统打印机有点相似，所以称它为“打印机”。而3D打印技术在专业领域里，它有另一个名称“疾速成形技能”，又称疾速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM）技能[1]。

1.2 3D打印技术的原理

3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料[2]。3D打印技术的原理通俗点来理解就是：通过计算机软件，例如3dsmax、CAD等，塑造模型本体，然后把模型分解成无数个横截面，最后利用快速成型机将一个个横截面堆积成一个三维立体的模型，其材料可以是真实、形象的。例如：我们需要打印一个塑料材质的香蕉，那么我们可以先在3dsmax里制作一个香蕉模型，然后再3D打印机里倒进塑料材质，然后通过打印机就可以把一个计算机里显示的模型真实的打印出来。

2 3D打印技术的特点

2.1 3D打印技术的优势

由3D打印技术的原理决定了它的优势：①它不需要去切、削物体，也不需要模具；②加工速度极快，生产周期短；③对于一些结构复杂、体积非常小的物体优势最为明显，传统手工很难完成的模型对它来说非常简单，因为它是一体成型的，并不需要去进行二次加工；④可批量，可联机，还能实现远程操控。

2.2 3D打印技术的缺陷

当然3D打印技术也存在一些缺陷：①打印机的造价非常昂贵，运行和维修的费用也很高；②对成型物体的材料要求很高；③3D处理的软件数据量很大，再加上软件和实体打印机关联性很强；④软件操作难度大，打印机操作入门很难。

3 3D打印技术的现状及其发展前景

3.1 3D打印技术存在的问题

虽然3D打印技术有着很多优点，可以在很多领域释放人工劳动力；例如：它能够在制造很复杂的物品时而不增加任何成本；它能够让产品多样化的同时不增加制造成本；它可以让产品交付时间大大缩短；它能让设计者的设计空间很广阔；它不需要人工劳动技能来制造；它占用的空间极小并且可以便携制造；它可以让材料之间实现无限组合；它复制的实体非常精确；但是它也存在很多不足，尤其是材料和打印机之间的关联；目前很多3D打印机只能够打印简单构造的物体，材料也只支持比较单一的材质；而能够打印较为复杂的模型的打印机一般都比较昂贵，这当中的制造技术和成本控制还存在一定的问题，因此给3D打印机的普及带来了严重的阻碍与制约。3D打印的作品的质量差强人意，并非所有产品都能有很好的效果，由此可见，3D打印最主要的适用领域以及短板的地方。对于一般要求不高、专业性不是很强的零部件，3D打印时可以满足要求的，设计师能够实用这样的方法把计算机上的图形图像快速转换成物理实物模型，甚至可以1：1逼真建模，能够简单的对设计以及其功能进行验证，大大缩短了产品的开发周期，并且能够很及时的发现问题，相比之下，假如使用传统方式，就必须经过绘制图像、设计工艺效果、建造模具等多个环节和过程，就需要付出比较多的时间以及比较高的制造成本。目前市面上的大多3D打印机打印的物体只能当作一般的模型使用，只有荷兰的FELIX 3D公司研发的Felix 2.0高精度3D打印机打印的物体可以真正直接作为零部件使用。因为3D打印归根结底就是快速成型技术的一种，所以假如是制造钻头等此类高硬度的产品，3D打印明显力不从心，也没办法完美的去完成这一任务，并且这个不是单纯可以靠改进技术就能够解决的。

3.2 3D打印技术的发展前景

3D打印技术是一个新时代的新兴技术，它足以引导第三次工业革命，它的发展前景可以归纳为以下几点。

1）基于技术的革新，其打印速度、打印效率都会得到突飞猛进的发展。

2）各种新型材质的投入使用，比如纳米材质、新型高聚合材质等，可以让打印的更加多的真实物体。

3）打印机的成本和价格受到技术提高的影响将大幅度的降低，个别厂商还推出了1万元以下的民用级别打印机。

4）3D打印技术的应用将更加广泛，不仅仅是早前的航空、机械、医疗等范畴，更加广泛的扩展到家用的厨具、军事上的机械零件等等领域。

3.3 3D打印技术对科学社会发展带来的意义

鉴于3D打印技术的发展前景如此的宏伟壮丽，犹如一股强烈的科技风暴在席卷传统的制作和加工业，主要表现为以下几方面。

1）制造的技术和工艺出现了质的飞跃，老式的制造业是一种去除多余材料的方式，而3D打印技术是一种增加方式，通过层层堆砌，层层叠加的方式去塑造整体外形，并且一体成型，不需要二次加工，跟传统的制造业相比，在材料上浪费上有了很大的进步。

2）3D打印技术利用各种新型材质进行制造，能够制造各种材质的物体，无论造型有多复杂，对于它而言，都能精确的制造出来。

3）模式的改变；传统的工业都是以大批量为准，由于生产成本的控制，一般都会采取一个模具生产好几样成品；制造几个不同的物体就需要几个不同的模具去生产，成本很高，而3D打印技术将这传统的模式打破，完全不受任何约束，可以自由的进行个性化人工定制，而且速度非常快，可以根据设计师设计的模型，经过计算机软件渲染，短短数小时内就可以将其打印出来。

综上所述，3D打印技术是一种新兴的革命性的技术，虽然它有很多的不足，但是它的优势和特点对未来的制造工艺发展可以带来更大的影响力。3D打印技术在未来必定成为新时代的标杆技术之一，我们应该提前去了解并掌握和发展其技术，放眼未来，把握新兴技术的气息，积极有效的让3D打印技术为我国的制造业服务。

参考文献

3d打印材料篇7

关键词：3D打印；中国；问题

一、3D打印简介

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，它以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品，也被称为增材制造。在它出现之前，人类历史上使用的都是减材制造，也就是通过车、钳、刨、铣等方式将原料中不需要的部分去除掉，最后得到需要的成品。3D打印技术则是一种堆叠的生产方式，通过计算机指挥一个喷嘴一层一层喷出原材料进行叠加制造出产品。它与前者相比，有几个不可比拟的优点：首先是节省成本，有多少原材料用多少原材料，不会存在边角料的浪费现象；其次是智能控制，可以打印出任何形状甚至是人力无法完成的产品，从而也节省人工成本。对于最看重成本的工业社会，3D打印的出现无异于一场颠覆性的革命。

二、3D打印在我国的发展现状

3D打印技术是我国制造行业与国外先进水平差距较小的技术之一，甚至于在3D打印技术的研发上，我国在某些领域还处于世界领先地位，如利用选择性激光烧结（SLS）技术制造大型零部件这一项，我国掌握的技术是全球最先进的。国内许多企业也致力于3D打印设备的研发与制造之中。

但是，目前我国3D打印在产业化上与国际上其他发达国家依然存在差距：从企业销售额方面看，欧洲国家的3D打印企业的销售额约为10亿元（人民币），美国3D打印企业营收约为30亿元，而中国的企业收入别说过亿元，过5000万元的企业都寥寥无几。从产业规模方面看，2012年全球3D打印行业的总产值是120-130亿元，中国为8-9亿元；2013年世界3D打印行业的市场规模约为200亿元，中国约为20亿元。2014年中国3D打印的产值约为40亿元。预计2016年，全球市场规模规模将突破100亿美元，国内100亿元人民币。2020年前，3D打印技术将全面实现产业化。中国3D产业的发展速度相对而言还是比较快的。

中国极其看重3D打印的发展，政府对于将3D打印设为国家重大科技项目建议作出重要批示。科技部也将3D打印编入《国家高技术研究发展计划（863计划）》、《国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》。2015年3月28日，博鳌亚洲论坛2015年年会还举行“3D打印、数字制造与第三次工业革命”分论坛。

我国对3D打印的发展目标包括：到2017年初步建立增材制造（俗称"3D打印"）技术创新体系，培育5至10家年产值超过5亿元、具有较强研发和应用能力的增材制造企业；并在全国形成一批研发及产业化示范基地等。在政策措施上，国家将加强组织领导，加强财政支持力度，并支持3D打印企业境内外上市、发行非金融企业债等融资工具。在3D打印的重点发展方向上，拟定了五大方向：一是金属材料增材制造，包括针对航空航天，核电、能源等机械零部件直接制造需求，研制钛合金、高温合金等金属材料；二是非金属材料增材制造；三是医用材料增材制造，例如针对牙齿、假肢、手术导板、手术辅助器械等方面需求，开发医用外部矫形器械专用材料等；四是设计及工艺软件；五是增材制造装备关键零部件。

与西方国家相比，中国3D打印的市场规模较小，这是缺点也是机会，意味着其中存在巨大的发展空间。未来几年的工作重心是开发3D打印的应用市场。工业3D打印的应用空间的扩大将会最为明显，而生物医药领域的应用则最被看好。全社会范围内将会不断寻找大量的传统制造业企业与3D打印技术的结合点。

三、3D打印在我国发展中存在的问题

（一）可供打印的材料有限，能够应用的行业也有限。虽然3D打印技术被《时代》周刊评为2014年25项年度最佳发明之一，但是目前技术的发展比材料的发展超前太多，3D打印只能做到使用PLA（生物降解塑料聚乳酸）、ABS树脂、橡胶、石膏、塑料、可粘结的粉末颗粒等进口材料，进口材料特别是金属受到国外市场控制，价格居高不下。

打印机水平尚未成熟，无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料，打印的材料相当有限，所能支持的行业也受到限制。3D打印适用于进行一些小规模制造，特别是高端定制产品，如汽车零部件制造、医用器官制造、机械模型制造等。3D打印技术虽然先后进入了各大行业，？目前仅能在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域的基础制造方面有所应用，离高精尖还有很长一段距离。

（二）3D打印机器要求高，费用昂贵。3D打印技术经过近二十年的发展，在复制物体的外在形态这方面已经达到相当高的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是动态捕捉以及清晰度始终是不尽如人意。对于资金相对雄厚的生产企业而言，这些问题在资金和技术的支撑下还是可以解决的。但是对于普通家庭，它的费用超出承受能力。

3D打印技术的费用相对于我国居民的消费水平而言是相当高昂的。全世界第一台3D打印机的售价为1.5美元，目前市场上主要有三大类3D打印机：第一种是个人型，体积较小，操作容易，要价1300-20000美元；第二种是专业型，要价20000-350000美元，主要使用者是工程技术人员，包括中小企业、大公司部门级的工程师、设计师；第三种是生产型，要价250000-950000美元，用于航空航天、医疗、汽车等领域。若要实现3D打印普及到大众，价格必须要下调，但在未达到规模经济之前，必定会与成本形成冲突。

（三）相关知识产权法律条款缺失，存在道德风险隐患。知识产权是经济时代的亘古不变的热点。在过去的数十年中，全社会对知识产权的关注在不断深化。3D打印技术避无可避也会涉及到这一问题，作为朝阳产业，缺乏对知识产权保护是最致命的打击。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。

3D打印的素材不断扩大，目前比较有争议的比如头盖骨、心脏等器官的打印等话题无时无刻都在刺激人类的神经。打印的内容违反道德或者是违反道德但是不违法法律规律是很难界定的，社会舆论还需要很走很长的路、花很长时间才会形成对这些新生事物的热同感。

（四） 产业化程度低，缺乏正确的商业模式。3D打印适用于个性化与定制化生产，适合生产小规模和有特色的产品，这些特点也导致了国内整个3D行业尚处于一个整合度较低，比较无序的阶段。企业规模普遍较小，研发力量不足。缺乏规模较大的企业起领导作用，这大大制约了3D打印在国内的大规模商业化进程。更致命的是，中国3D打印行业沿用了传统制造业商业模式，生产设备卖设备，先把设备生产出来、推销出去，而不是根据市场和用户的需求进行量身定做，生产和消费严重脱节。除此以外，3D打印的发展还要解决环境问题、人才培养问题等。

四、3D打印在我国发展的建议

3D打印技术已然显示出巨大的发展潜力，但它在实现产业化和社会广泛应用上还有很长一段路要走。中国的3D打印的发展不仅需要政府投入资金、减免税收、完善法制，还需要行业和企业进行改革，深化商业模式，抱团合作，形成产业集群，产生规模经济。为推动和促进中国3D打印发展，在此提出特以下几点建议：

（一） 政府方面，加大对3D打印产业的扶持力度，完善知识产权法的建设，构建良好的法律环境。融资方面，推动设立3D打印产业发展资金，鼓励金融机构开展多种形式的首台套保险业务，建立支持3D打印发展的多渠道、多元化投融资机制，引导创业投资和股权投资向3D打印领域倾斜，鼓励民营资本进入3D打印领域等。

税收方面，探索相关税收优惠政策。如对消费者、使用者和对采购企业进行政府补贴和增值税抵扣，以扩大国内市场需求。

知识产权方面，国内对3D打印行业的监管不足，3D打印技术已然打印出材料特殊且具有杀伤力的枪械，能够躲避电子探测器等安检设备，对社会产生极大的危害。再者，3D打印技术的便捷性和易传播性，使得各种有危害的山寨产品被生产并且流通，严重妨害公共安全，保护知识产权的重要性凸显，所以我国宜及早制定3D打印技术相关法律，政府对3D打印产业加强政策引导和监管，规范和保证3D行业的健康发展。

（二） 行业方面，积极转变产业模式，抱团合作。目前，我国3D打印行业中的企业都还比较弱小，这种情况下要避免单打独斗，以免两败俱伤。3D打印行业中如果出现一家独大的情况，管理成本、生产成本、推广成本、科研成本数额会是惊人的，这都不利于企业的发展壮大。初级发展阶段。3D打印行业应建立产业联盟，利用联盟的平台共享资源，集中打开应用市场。如通过产业联盟所有的会员企业可以抱团申报工业用地，争取一些相关的利好政策，以及人才基地、研究基地、商业配套中心、生产基地等。3D产业联盟还可以通过共享行业信息、市场信息以及技术信息，扶持所有会员企业。同时，产业联盟也可以组织会员进行定期管理交流，整个行业共同攻克技术难题并提升技术水平、共同建立科学合理的价格体系，向社会提供满足消费者需求的产品。

（三） 企业方面，与高校、研究机构合作，建立产、学、研一体化。我国的3D打印处于初级发展阶段，而且技术攻关主力军集中在高校，如清华大学、西安交大、华中科大等。高校衍生出一系列优秀的3D打印企业，如北京殷华、武汉滨湖、陕西恒通等。但是，市场上资金实力较为雄厚的企业参与度比较低，不利于资源的优化配置和优势互补。国外的情况却恰恰与我国相反。

3D打印企业应该依托于高校以及研究机构，建立产业创新联盟。高校进行基础研究，研究所专攻应用型研究，企业主致力于产品化，实现产、学、研一体化。在此基础上，企业积极创新，推动产业升级转型。

中国3D打印行业还有很长一段路要走。但是，只要把握发展机遇，政府充分发挥统筹调控的作用，通过政策扶植和资金投入，行业间抱团合作并形成集群效应，企业与高校通力合作，3D打印一定会让中国在新一轮的国际产业竞争中占得鳌头。

参考文献：

3d打印材料篇8

工业4.0背景下

3D打印必受热捧

3D打印技术完美地契合了工业4.0制造智能化、资源效率化和产品人性化的理念，因此成为广大国家发展的重点。2012年，奥巴马针对美国制造业提出了一系列发展方案，将3D打印列为11项重要技术之一，并联合研发机构、高等院校、制造商，建立了国家3D打印研究所。3D打印是一场制造技术的革命，对中国制造业升级至关重要。我国从20世纪90年代起研发3D打印技术，目前，清华大学、北京航空航天大学、西安交通大学、华中科技大学、北京隆源公司等研究机构与企业，已经在3D打印设备和材料领域取得一定研究成果。2012年10月，中国3D打印技术产业联盟成立，2013年，中国3D打印技术产业创新中心（南京、潍坊、珠海）相继成立。2013年，3D打印入选国家“863”计划，国家将提供4000万人民币作为研究基金来支持3D打印核心技术的发展，北京将投入15亿人民币支持3D打印技术。2015年2月，工业和信息化部下发《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》，对3D产业的发展做出了整体计划，未来相关产业政策的出台在预料之中。

定制化生产制造

是3D打印主要发展方向

基于3D打印低成本定制化的优势，航空工业、生物医学和个人消费是其最具潜力的应用领域。“十三五”期间，我国3D打印将率先在航空工业领域获得广泛应用。2013年1月，“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获国家技术发明奖一等奖，我国成为世界上第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成形及技术的国家、世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造且付诸实用的国家，航空部门和汽车制造等工业领域是该类3D打印技术最能发挥优势的领域，未来几年其应用将步入快速成长期。

3D打印在生物医学领域的应用初步显现，目前正在探索的应用主要有假牙和假肢，当3D打印技术与医学影像建模、仿真技术结合之后，还能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面得到广泛应用。随着打印设备和打印材料技术的进一步突破、成本的进一步下降，3D打印在个人消费领域（食品、艺术品、个性化物品等）也将得到进一步发展。“十三五”期间，3D打印将深刻影响制造企业的生产方式，引领制造业从标准化和精益化生产步入定制化生产。经过“十三五”的夯实发展，到“十四五”期间，借助网络和信息技术，我国有望初步形成以“个体创意+社区共建+云制造”为代表的新的制造业模式。

3D打印产业化发展

3d打印材料篇9

Abstract： Printing technology is an important way of information transmission. It made an important contribution for human civilization and progress by the plane graphic information. Based on traditional two-dimensional graphic printing technology， 3D （three dimensional） printing technology is superposed by the 2D printing and producted in three-dimensional space. This article mainly expounds the application of 3D printing technology in all fields， explores the bottleneck of the development of 3D printing technology and its development trend in the future.

关键词：3D打印技术；印刷技术；发展前景

Key words： 3D printing technology；printing technology；development prospect

中图分类号：TS805 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0166-02

0 引言

近年来，我们经常会看到有关于3D打印技术的新闻，“3D打印房屋”、“3D打印金属手枪”、“3D打印自行车”、“3D打印仿生耳”等等，3D打印自问世以来就得到了广泛的关注，其应用更是跨越各个领域。2014年11月末，《时代》周刊将3D打印技术列为2014年25项年度最佳发明之一。全球工业分析公司（Global Industry Analysis Inc）的研究报告预测2018年全球3D打印市场将达到29.9亿美元。但3D打印技术也面临着如制造速度与精度、设备和材料成本、产品性能、操作的安全性等多方面的瓶颈和挑战。提升3D打印的效率和精度，开发更为多样的3D打印材料是未来的研究热点。本文主要对3D打印技术的应用和发展趋势进行了研究和探讨。

1 何为3D打印

3D打印（Three Dimensional Printing）始于上世纪90年代，是快速成型技术的一种。美国3D System公司在1986年就制造了第一款3D打印设备。在传统二维平面印刷打印技术的基础上，通过逐层二维打印的迭加，利用喷头的三维运动实现曲面打印，逐层增加材料来生成三维实体，其原理图如图1所示。其分层加工的过程与传统喷墨打印十分相似，树脂、尼龙、塑料、金属、陶瓷、混凝土等材料经过特殊处理都可以用做3D打印的“墨水”。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。

2 3D打印技术的应用

目前3D打印技术支持多种材料，可以广泛应用在工业设计、建筑、家具、航天、医疗和教育等各个领域，其主要具有以下应用特点：

2.1 模具加工与机械制造 如今，3D打印技术已经广泛应用于机械模具的设计与加工，如图2A所示。相对于传统制造技术来说，3D打印技术不需要任何模具或任何机械加工，既省工又省料，如美国F-22猛禽战斗机在制造过程中会大量使用钛合金构件，如使用传统的整体锻造方法，最大的钛合金整体加强框材料利用率不到4.9%，使用3D打印利用率接近100%，几乎不产生废料，大大节省了原材料的浪费，降低了生产成本。此外，也可利用3D打印技术实现个性生产，满足人们的少量和复杂形状的个性化需求。如个性化艺术家具的定制和专属个性空间的打造（如图2B）。

在建筑行业，2014年8月，在上海青浦张江高新园区，盈创建筑科技有限公司用3D打印技术24小时打印了10栋房屋（如图2C、2D）并交付使用，相关建筑指标均达到国家建筑质量标准，开启了3D打印建筑的新篇章，将来更有望使用3D打印技术建造整栋别墅。

在航天方面，美国NASA以及国外的一些航天公司已经就3D打印技术在航天上的应用展开了尝试，2014年第一台3D打印机在国际空间站上安装成功，并打印出扳手等机械部件，这台打印机由Made in Space公司设计制作，该公司是世界首家研究零重力下3D打印技术的公司。而且3D打印为按需施材，减少了材料的浪费，从而降低了生产成本。

2.2 生物医疗 3D打印技术与医学的结合堪称医学史上的创造性举动。在生物医学领域，已开始被应用于手术分析策划、假体植入物的制造、细胞或组织打印等方面。

早在2011年，德国科学家利用3D打印技术成功研制出了一种人工血管（如图3A），该项目有望被用于人体试验和药物试验。2014年，University College London的研究人员利用生物“墨水”打印出人造耳朵（如图3B），可用于外科整形。目前这种3D打印耳朵已有成功移植的案例。2015年7月，湖南省脑科医院利用3D打印颅骨为脑积水患儿缩脑，完成全球首例“全脑缩小塑形”手术。

2.3 考古文物复制 3D打印技术在考古文物领域主要用于修复已经破损的古文物。在应用3D打印技术进行文物修复时，需要使用3D扫描仪扫描破损文物，完成数据采集，并处理数据，建立相应的模型之后进行打印。在电影《十二生肖》中，先是对兽首进行三维扫描，再使用3D打印技术打印了兽首的复制模型，精度和相似度令人赞叹，且不需后期加工打磨，相信在不久的将来，随着3D打印技术的不断发展改进，3D打印技术复制文物的精度定会上升到这个高度，将不再需要后期处理。

2.4 教育行业 3D打印技术也为教育的发展开启了新的方向，许多教育机构和组织正探索如何将3D技术应用到教育、教学中。以高职教育为例，在高职院校中印刷技术专业、数码印刷专业、印刷图文信息处理以及计算机等相关专业都可以考虑引入3D打印技术。

相关专业引入3D打印技术后，可以将人才培养的目标范围进行延伸和扩大。培养不仅能从事传统印刷设备和数码印刷设备的操作，还能使用3D打印机；不仅能完成传统印刷和数码印刷的印前制作，还能从事3D打印需要的三维建模设计；不仅能从事传统印刷和数码印刷的印刷工艺与生产管理、印刷营销与业务管理，还能从事3D打印设备的控制和生产管理、营销和业务管理的人才。学生就业面更宽广，职业技能更新，更贴合社会发展需要，也必定会推动3D打印设备的发展。另外，3D打印技术可以作为扶持大学生创新创业的一个项目，支持大学生们早日实现创业的梦想，让刚刚走出校园的甚至还在校内的大学生们勇敢地站在科技发展的前沿，直观地感受打印技术带来的影响与进步。

3 3D打印技术未来发展前景分析

与传统技术相比，3D打印技术拥有诸多优势。美国总统奥巴马在2014年国情咨文的演讲中强调了3D打印技术的重要性，赋予其制造业复兴的重任，提出将推动3D打印产业的发展。在欧美发达国家，3D打印机的研究技术已走向成熟并产业化发展。近年来，随着2015年《中国制造2025》规划的实施与颁布，我国对这项技术的重视和产业链规划将进一步加强。

从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景，但要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是设备和耗材方面，现有3D打印机造价普遍较为昂贵，打印耗材的价格每公斤几百到数万元不等，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物、石膏等材料，成型品的物理特性较差，金属材料直接成型技术有待发展。三是工艺方面，目前3D打印的精度及效率还远不适应大规模生产的需求。四是知识产权方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，如何针对3D打印技术进行知识产权保护面临新的挑战。五是公共安全方面，如3D打印手枪，若可从网络上下载手枪的三维图纸，再拥有一台3D打印机就可以打印并组装手枪，这一潜在问题需要国家从法律层面进行规范和监督。

4 结束语

3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一，越来越受到工业界和投资界的关注。伟大发明所能带来的影响，在当时那个年代都是难以预测的，1450年的印刷术如此，1969年的互联网也是如此，3D打印技术更是如此。未来3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化等主要趋势。随着信息技术、控制技术、材料技术的进一步发展，制约3D打印技术发展的瓶颈将一一得到解决。3D打印技术也将被推向更高的应用层面。

参考文献：

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[6]鲁丽彬.3D打印技术对高职印刷专业培养的影响研究[J].信息与电脑，2013，10：19-20.

3d打印材料篇10

智能制造将是制造业发展的必然趋势，是传统产业转型升级的必然方向。智能制造时代的显著特征是“机器制造机器”，是信息化、网络化、自动化、集成化、数字化的综合应用，是信息技术与互联网技术在工业领域的深度渗透。对于3D打印行业来说，2017年将是迎来3D打印技术爆发的一年。一些3D打印龙头企业已经信心满满，有企业甚至宣称，被誉为“第三次工业革命的钥匙”、“万能机”的3D打印技术即将要改变制造业、改变整个经济体。

2016年是3D打印行业深度调整的一年，也是外热内冷的一年。展望2017年，头顶光环、吸引眼球、被资本市场爆炒的3D打印市场将呈现怎样的发展趋势？其商业价值将如何展现？在哪些领域会快速成长和应用？《中国经济信息》记者带着这样的疑问采访了多位专家和业内著名企业。

3D打印市场预期不明确

作为工业4.0时代的一大标签，3D打印的发展无疑为中国制造提供了更好的助力。IBM商业价值研究院的《中国制造业走向2025》研究报告显示：中国制造业企业同时面临着内部挑战和外部环境变化的双重压力。从企业内部看，生产成本上升、研发投入不足、生产组织方式较为传统都是目前亟待解决的问题。从外部环境看，跨界融合、制造业服务化的趋势也日益显著。在这样的形势下，3D打印行业在技术应用和市场推广方面还面临不少的问题。受材料、技术、成本、知识产权和专业级、工业级应用技术欠缺等限制，3D打印行业尚未形成完整的产业体系，3D打印材料等关键核心技术基础薄弱，产业化进程也不明显。

当前，3D打印的商业价值主要体现在汽车、制造、医疗、航空航天、消费电子、建筑、工程机械等领域的应用上。然而，这些领域专业级和工业级的3D打印技术应用和市场成长速度还很缓慢。数据显示，2016年，全球3D打印市场尚未突破100亿美元，占制造业产值的千分之一还不到，距离成为主流生产方式仍有很长的路要走。行业机构对工业级3D打印市场预期也不是十分明确。

材料、技术、市场成瓶颈

目前，高端工业打印可以实现塑料、金属或者陶瓷打印，但其发展水平无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料，规模化生产的条件也不具备，在材料、技术、市场等方面还面临着层层困难。

中国3D打印技术产业联盟执行理事长罗军表示，3D打印在各个行业仍处于“模型”或者应用的初级阶段。

材料是3D打印技术发展的物质基础，也是当前制约3D打印产业化的关键因素。随着3D打印需求的增加，3D打印材料种类得到了迅速拓展，主要包括高分子材料、金属材料、无机非金属材料等三大类，但与传统材料相比，3D打印材料种类依然偏少。

另外，3D打印对材料的形态也有着严格的要求，一般为粉末状、丝状、液体状等，与普通材料价格相比较昂贵，根本无法满足个人与工业化生产的需要。这就要求必须不断地开发新材料，使3D打印材料面向多元化发展，并建立相应的材料供应体系，拓宽3D打印技术应用场合。

在商业市场方面，3D打印材料将成为研究开发的焦点、资本涌入的风口，材料种类、形态将得到进一步拓展，价格下降可期，精度、强度、稳定性、安全性也更加有保障。

国泰控股集团、广西柳州国泰投资管理公司董事长张涛告诉《中国经济信息》记者：“我们正在应用的3D打印装修比传统装修要便宜近一半。但是很多客户持观望态度，他们没有体验过，甚至没听过这个概念，目前市场推广难度还是有的。比如，在西双版纳有个600幢别墅的装修项目，目前开发商只给我们6幢测试，要等通过了他们的验证，后面的项目才会全部给我们去做。实际上，我们对自己的技术已经非常的自信。”

产品创新速度加快 技术爆发成为可能

2016年12月23日，由中国科协科学技术传播中心及北京市科协共同主办，中关村天合科技成果转化促进中心承办的“产业前沿技术大讲堂”第10讲―3D打印及增材制造技术及其产业应用专场在京启幕。一些业内专家对2017年3月即将举办的亚洲3D打印、增材制造展览会也充满了期待，他们希望通过行业内的技术交流尽快找到全新的、实用的工业级、大型化的3D打印设备解决方案。

随着技术的逐渐成熟和成本的不断降低，一些3D打印巨头已经纷纷转向更赚钱的专业级和工业级市场。但是在汽车、制造、医疗、建筑、工程机械和航空航天、国防工业等领域，钛合金、高强钢、高温合金以及铝合金等大尺寸复杂精密构件的制造有很高的要求，目前3D打印设备成形空间很难满足。

不过，旺盛的市场需求摆在那里，工业级市场契合了智能制造的理念，开发工业级、大型化的3D打印设备必将成为一个发展方向。

由于运用3D打印的快速原型制造技术能够缩短把概念产品转化为成熟产品设计的时间，设计人员有足够的动力加速技术创新和新功能的开发。

国泰控股集团董事长张涛认为，目前3D打印技术发展趋势基本是朝着低成本、高性能、高精度、高速度、多功能的方向进行。2017年，3D打印技术创新将呈现爆发的态势。

首台多喷嘴熔融设备即将推出。该技术研发单位惠普日前公布，这项设备采用新的MJF技术（彩色多射流熔融），能基本满足行业大大小小的需求。

高速烧结技术获得突破。这是一种结合粉末床熔融工艺和喷墨打印的工艺，打印碳黑在粉末表层，炭黑表层先涂在打印床上的粉末上，然后一个红外灯通过，只烧结披有碳黑的粉末，这使得整个层的物体烧结只需要几秒钟，这也使得打印速度会比现有技术快10-100倍。

连续液态表面打印技术基本成熟。这种技术采用光和氧气，以便处理和抑制感光性的树脂，使得打印物体的速度可以比现有的市面3D打印机快25-100倍。

陶瓷纳米颗粒喷射技术具有革命性意义。业内专家认为，一旦该技术可打印高致密度金属零件并实现商品化，3D打印对制造业的革命就开始了。2016年11月15日，以色列3D打印巨头XJet创始人兼首席行政官Hanan Gothait在德国法兰克福国际精密成型及3D打印制造展览会上展示说道，“纳米颗粒喷射是一种颠覆性的技术，它实现了全新的精度水平、材料特性和简易的后处理操作，你无需再忍受复杂的支撑结构设计、去除过程。还可以实现个性定制部件和相对大批量的小型部件制造。”

“大规模制造”成为可能。3D System公司主要生产三维立体打印机，他们已经在研究“大规模制造”的设备，据说这种设备比普通设备快50倍。目前国内也有一些3D打印企业也在专注该领域的研究，一些业内专家认为，能够实现“大规模制造”的3D打印设备将会改变制造业甚至改变整个经济体。不过，真正意义上的3D打印设备“大规模制造”技术要在2017年实现并不现实。

个性化生产成为常态

3D打印综合应用了信息技术、新材料技术、数字制造技术等诸多学科，适用于复杂构件制造、个性化、定制化制造，它在缩短研发周期、降低制造成本、优化零件结构上有着无可比拟的优势。消费者可以根据自己的需求量身定制产品，人人都是创造的主体，从而改变以集约式、标准化为代表的传统大规模生产方式，使“社会化制造”及“分布式制造”成为可能。

用户可以根据自己确切的具体信息进行定制个性化的产品，通过3D打印技术，创新公司将凭借与竞争对手的标准化产品相同的价格为用户提供定制化体验，以此获得竞争优势。市场上，个性化定制设计目前很受欢迎，随着3D打印技术的不断发展与成本的降低，3D打印技术走入千家万户是完全可能的。

徽西锐三维打印科技公司董事长余金湖认为，今后这个行业将更多地采用“云制造”的模式，人们把自己的需求发到网络上，其他人将根据想法形成的创意设计反馈回来，经过选择和比价，成为一种新的个性化交易模式。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所高级研究员张文武说：“今后10年内可能是3D打印技术快速发展的阶段，无论是制造工艺还是材料方面，都会有大规模的成本下降和技术工艺的成熟”。