3D打印技术的重大新进展

游清治

（新疆有色金属工业（集团）公司乌鲁木齐830000）

3D打印技术的重大新进展

游清治

（新疆有色金属工业（集团）公司乌鲁木齐830000）

咨询业巨头麦肯锡全球研究机构(MGI)的研究报告分析了潜在的12种颠覆性技术对未来的重大影响。本文着重对这12种颠覆性技术的一种：3D打印技术的发展，国内3D打印技术的进展实例和3D打印技术的重大新进展，做简要的介绍，以促进我国的3D打印技术更快的发展。

颠覆性技术3D打印技术发展进展重大新进展

1 概述

咨询业巨头麦肯锡全球研究机构（MGI）的最近的研究报告称，对潜在的12种颠覆性技术进行了分析，认为它们对未来将产生重大的影响。指出技术进步将改变人类的生活、商业和全球经济。这12种颠覆性技术是：移动互联网、知识型工作自动化、物联网、云计算技术、高级机器人、新一代基因组技术、自动或半自动交通工具、能量存储技术、3D打印技术、先进材料、先进的油气勘探和开采技术以及可更新能源。

报告估计到2025年这些技术的应用，年经济效益将达到14万亿至33万亿美元。这12种技术以多种方式创造巨大的经济价值和社会价值，包括更好的产品、更低的价格、更清洁的环境，让更多的人拥有健康。

本文着重对其中的3D打印技术的重大新进展做简要介绍，从3D打印技术的发展，国内3D打印技术的进展实例入手，最后介绍3D打印技术的重大新进展，以促进我国的3D打印技术更快的发展。

2 3D打印技术的发展

早在19世纪末就产生了3D打印的理念，1892年美国登记了一项专利，利用层分方法制作三维地图模型。1995年前称为快速成型技术。1995年美国麻省理工学院的大四学生JimBredt和TimAnderson的毕业论文选题为快速成型技术，他们利用打印机的墨盒，将墨水换成胶水，用喷射出的胶水来粘结粉末材料，可以打印出一些立体物品，他们将这种打印方法称为3D打印，将他们改装的打印机称为3D打印机。以后3D打印一词慢慢流行，所有的快速成型技术都归于3D打印的麾下。

最早从事商业性打印制造技术的是美国发明家查尔斯·赫尔，自创了“3D系统”公司，开始专注发展3D打印技术，是世界第一家生产3D打印设备的公司。

1988年美国人斯科特·克朗普发明了一种新的3D打印技术—熔融沉积成型。

1989年美国人德卡德发明了选择性激光烧结技术。

1992年美国人赫利塞思发明了层片叠加制造技术。

随着制造性能的提高和应用材料范围的扩大，3D打印技术已被越来越多的消费者和企业所接受。3D打印技术可直接打印出零部件或产品，省去很多传统制造步骤。更主要的是3D打印技术，可按需生产，大幅度降低产品成本，减少制造过程中的浪费，并且可以打印出传统技术难以制造和不可能制造的产品。

3 3D打印技术的新进展

3.1 可自我复制的3D打印机

2005年，英国巴恩大学教授亚德里安·鲍耶提出PepRap项目，目标是制造自我复制机。PepRap意为“快速复制原型”PepRap打印机就是一台3D打印“母机”，有一定的自我复制能力，能够打印出和自身结构相同的零件，用这些零件可以组装成和母机一模一样的“子机”。研究这个项目的目的，就是推动3D打印技术的快速发展。这个自我复制的程序是对公众开放的，大家都可以在网上下载，人们只需要买相应的原材料就可以了。

3.23 D打印技术是尖端制造业的新宠

因3D打印技术不走样，毫厘不差，因此航空航天工业中，一些精度要求高，结构复杂的，且需求量少的零配件，就会用3D打印机打印需要的零部件安装上去。

我国神舟九号飞船中三位宇航员的座椅，就是天津市快速成型技术中心利用了3D打印机制造出来的。

3.33 D打印渗入各领域

3.3.1 建立月球基地

欧洲航天局公布了人类首个月球基地计划蓝图。将由地球空降至月球的机器人建造，就地取材，利用3D打印技术，将月球的土壤转变成建筑材料。机器人到达月球后，利用3D打印机，建造出一个能居住4个人的圆顶建筑，小屋的外壳材料选择类似泡沫的中空封闭式蜂窝结构。这项计划渴望在未来40年内实现。

3.3.2 像真耳的人造耳

美国康奈尔大学的研究人员，使用人类活体细胞构成的凝胶，3D打印出的人造耳可以“以假乱真”。具有生物活性，可以很好的和人体融合在一起，且可以根据个人的需要进行个性定制。

3.3.3 制造无人机

英国南安普顿大学放飞了世界首架用3D打印机制造出来的无人机。他们采用激光烧结技术，先打印出无人机的金属框架，再打印出覆盖在框架内外的塑料壳。其他配件分开打印（如发动机、舱门和仪表等），再安装起来，所有设备间的连接，都不需要螺丝和合页。而是使用卡扣固定整架飞机，不借助任何工具，在几分钟内完成组装。3D打印无人机，不仅成型速度快，还具有独特的优势，如可制造椭圆形机翼，这种机翼能减少阻力，但传统制造工艺难以实现这个梦想。

3.3.4 制造优良赛车

在德国霍肯海姆跑道上，一辆3D打印制造的单人赛车正高速行驶。这是世界方程式学生挑战赛的一个作品。来自比利时的16位高级工程师组建的新一代工程师团队，负责设计的3D打印赛车，是目前已知最大且最复杂的3D打印物品，它的性能较好，4秒钟内就可以从0加速到60英里∕小时，最高速度可达到141km∕h。

3.43 D打印挑战你的想象力，使梦想成真

3.4.1 打印日常用品

家里来了客人，发现缺一把椅子，通过3D打印机打印一把。发现自己需要一把牙刷，10min后就在3D打印机中出现了。

随着3D打印机的发展，我们的梦想将逐渐变为现实。在未来人人都可以是设计师，利用3D打印技术在家里制造出各种各样的属于自己的个性化用品。

3.4.2 为自己打印雕塑

利用3D打印照相技术，可以复制出雕塑版的你。我国的3D照相馆首先出现在西安。在3D打印照相馆里，顾客得到的是一个和顾客外貌一模一样的小人偶。通常有三种尺寸可供选择，高度为10cm、15cm和20cm。价格取决于镜头里的人数和高度。

3.4.3 打印自行车

英国科学家采用层片叠加技术，用尼龙粉末打印出一辆完备的“空气自行车”，其坚固程度与钢铁和铝制自行车不相上下。但重量较之轻，65%3D打印出的“空气自行车”所有零部件都是一次性打印出来的，通过修改软件数据制造商还可以生产出让用户更省力的个性化的自行车。

3.4.43 D画笔

中国神话故事中有个人物叫神笔马良，他画的东西可以变成真的。美国一家公司新推出的3D画笔就是现代版的“神笔”，能让人们随手画出的东西变成物品。这种3D画笔叫做3D涂鸦笔，售价只有22美元，算得上物美价廉。使用的原料是固体的ABS塑料粉末，作画时，笔尖流出的液态塑料“墨水”，它很快在空气中冷却，变成硬的固体，画出来的东西，就是立体形式呈现在眼前。

3.4.5 无限可能的3D生物打印机

3D打印机能有多大的作为？取决于使用的材料。目前最神奇的是使用“生物墨水”的3D打印机，它能打印人体细胞和器官。

在密苏里大学有一台能打印人体器官的3D打印机它使用的是特殊材料，它使用的是人体细胞制成的“生物墨水”及特殊的生物纸，在生物打印取得突破后，加拿大一所大学正在研发骨骼打印机，打印出的人造骨骼植入人体以后将能帮助受体的骨骼修补愈合。帮助受体的部位产生新的组织，甚至能促进血管再生。

开发3D打印，拼的是打印耗材，随着材料品种的扩展，3D打印的神力也将愈来愈大，使3D打印技术在未来飞跃发展。

4 国内3D打印技术的进展实例

4.1 用3D打印技术“编织”广场花篮

2014年国庆65周年，“十一”期间在天安门广场及长安街沿线进行花卉布置，弘扬主旋律，激发正能量、营造喜庆、热闹、祥和的气氛。这次布置，采用了3D打印技术，先出底稿，天安门广场花坛的一些重要部件分次分批的进行了3D扫描，根据3D打印出的小样，进行微调优化后安装，更好的体现整体创意。

4.23 D打印技术落户新疆

新疆冠珠科技公司是北京太尔时代科技公司的子公司，2013年落户乌鲁木齐高新区（新市区）创业园，是一家专业从事研究、制造和推广3D打印机的高科技企业。拥有工业级SD300prO系列3D打印机和桌面级UP!系列3D打印机。该公司已经在乌鲁木齐市六十二小、六十三小、八十三中学等校园内开展了3D打印技术各类DIY组装产品演示活动。并进行现场展示和手动组装，吸引了很多同学前来参观。受到了启发和教育。

4.3 我国3D打印技术的科研团队

主要有：清华大学颜永年团队，华中科技大学史玉升团队，西安交通大学卢秉恒团队以及北京航空航天大学王华明团队等。史玉升团队2013年宣布研发出世界上尺寸最大的3D打印机。

4.43 D打印建筑

3D打印建筑正式亮相上海“张江高新青浦园区”，将建筑垃圾变废为宝，让建筑工人更体面的工作，让建筑成本降低50%，让更多的人住得起房子，房型和家具可个性化定制。

一台3D打印机，能在24h内兴建10间房子。这项技术的发明者：上海盈创装饰集团有限公司董事长马义，他介绍：整个打印过程，只需要一张图纸，一台电脑，一台3D打印机，就地取材制造足够的“油墨”，就可以在24h内打印出10幢200㎡的建筑。

3D打印建筑的最大亮点就是把建筑垃圾再利用，同时新法建筑不会产生建筑垃圾。

建筑专家表示，3D打印建筑要真正普及还需斟酌，所用材料主要是高标号水泥和玻璃纤维，某些国家禁止大量使用玻璃纤维。高标号水泥的回收未来也会有困难。

5 3D打印技术的重大新进展

随着关键专利2015年到期，新的3D打印机将会更多的出现，让整个工程界产生重大历史性改变。

专家表示，3D打印将彻底改变战争和外交政策，不仅让许多不可思议的新设计成真，还能将国防工业甚至有可能将全球经济完全改观。

数十亿美元的国防工业位于这场创新的前沿，IHS技术咨询公司的分析师亚历克斯·乔索夫斯基表示，美国军队已经拨巨资试图用3D打印技术生产制服、治疗战争创伤的人造皮肤、甚至食物。麻省理工学院的科学家已发明了4D打印—创造了能在接触水等时变色的物质，这意味着总有一天4D打印出的制服等东西，能根据环境改变颜色。

未来战争的彻底改变，3D打印的真正革命，不在于你能做什么，而是在于在哪能做。

将打印机带到战区，只需要下载相关软件和相应材料就可以在战区就地生产出所需的物品。

通过将3D打印和组装机器人结合起来，使生产流程将非常精简。这种技术革命，具有重大的政治意义，甚至能改变外交政策，进而使制裁变成过时的理念。

收稿：2015-01-12

2015年一季度有色金属行业运行情况

一季度，全国十种有色金属产量1217万吨，同比增长7.7%，增速同比提高1个百分点。电解铝产量751万吨，增长7.4%，回落2.5个百分点；铜产量185万吨，增长14.4%，提高7.5个百分点；铅产量99万吨，下降6.7%，去年同期为增长1.8%；锌产量146万吨，增长14.4%，上年同期为下降1.9%。氧化铝产量1397万吨，增长15.3%，提高6.8个百分点。

与上月相比，铜、电解铝价格上涨，铅、锌价格下跌。3月份，上海期货交易所铜、电解铝当月期货平均价分别为42097元∕吨和12954元∕吨，比上月上涨2.8%和0.7%，同比下跌13.9%和1.4%；铅当月期货平均价为12334元∕吨，比上月下跌1.3%，同比下跌10.3%；锌当月期货平均价为16107元∕吨，比上月下跌0.7%，同比上涨7.5%。

一季度，有色金属行业实现利润354亿元，同比增长8.8%。其中，有色金属矿采选业利润95.8亿元，下降22.9%；有色金属冶炼及压延加工业利润258.6亿元，增长28.3%。

来源:中国有色金属科技信息网

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.06.045