3D打印技术的发展现状

孙玲++李宪

文章编号：2095-6835（2017）04-0036-02

摘 要：3D打印技术，也叫“快速成型技术”或“增材制造技术”。作为近年来新兴的一种革命性产业技术，3D打印技术呈现出的快速增长趋势令各行各业始料未及，其受关注程度在国际上也是丝毫不减。这一被誉为“第三次工业革命”的核心技术，其发展现状如何？今后又将面临怎样的发展环境？值得我们深思。

关键词：3D打印技术；成本较高；技术单一；效率低下

中图分类号：TP334.8 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.036

近年来，3D打印技术受到国际社会的广泛关注，与其相关的话题更是被炒得沸沸扬扬。调查显示，3D打印技术已成为美国增长最快的工业之一。造就如此现状的原因正是西方发达国家在3D打印技术上投入大量的人力、物力和财力，研发出更加丰富的打印原料，促使这一技术日趋成熟，精度不断提高，而且成本越来越低。据报道，美国军方已将3D打印技术应用于武器研发领域，甚至成功制造出了世界上第一支“3D打印手枪”。随着这一技术在国外的大热，我国也开始重视3D打印技术的研发，并在不断研发中取得了可喜的成就。

1 各国3D打印技术的发展情况

增材制造领域知名市场咨询公司Wohlers Associates发布的《沃勒斯报告2016》指出，2015年全球增材制造和3D打印市场销售额达到51.65亿美元，比2014年同比增长25.9%，增长额达到10亿美元。在整个3D打印领域，美国制造占了将近75%，欧洲各国和以色列占了20%，而我国在这一领域所占的比例只有不到4%.

1.1 3D打印行业的领头羊——美国

自3D打印技术于20世纪70年代在美国开发以来，这一市场就长期被美国所占领。据行业内部统计，美国3D Systems和Stratasys 2家公司就占据了2/3的市场份额。正是得益于长期的技术沉淀和大量的资金支持，3D打印技术在美国已形成一定的商业模式。除此之外，政府的大力支持也是美国的3D打印技术领先于世界的重要原因。奥巴马政府为提升3D打印技术在美国的领先地位，早在2012年的国情咨文中就曾宣布对先进制造业领域（包括3D打印技术、人工智能、机器人技术等）加大资金投资力度，期初每年为5亿美元，2016年翻倍，达到10亿美元。除了资金投入，美国更加重视人才培养，例如在俄亥俄州建立的3D打印技术创新研究所就是最好的证明。在这一大环境下，全球仅有的2家3D打印技术纳斯达克上市公司均位于美国。美国无疑成为这一领域的领头羊。

1.2 日本企业加速发展

近年来，日本的3D打印技术发展举世瞩目，在专利申请方面，全球领先的10家公司，日本就占据7席。更令世界称叹的是，日本松下企业3D打印技术专业申请数量后来居上，成为该领域全球第一，多达54件。《沃勒斯报告2016》更将日本3D打印技术公司东芝称为2015年该领域“很有前途的新进入者”。这充分说明日本3D打印技术的快速发展，日本已经成为3D打印领域不可忽视的重要力量。

1.3 我国处于起步阶段

20世纪90年代，以清华大学、华中科技大学、西安交通大学等国内高校为首的诸多单位看到了3D打印技术的广阔前景，纷纷投入到这一技术的研发、推广和应用中，并且取得了可喜的成就。但与以美国为首的西方发达国家相比，我国仍处于3D打印技術的起步阶段。在3D打印技术中，我国所掌握的激光直接加工金属技术有望首先实现突出，被应用于航空航天装备制造领域。这是3D打印技术在我国发展最快的技术领域。同时，生物细胞3D打印技术经过多年实验，取得显著进步，已经可以制造出立体的模拟生物组织，相信在不久的将来会在我国尖端医疗领域大放异彩。除此之外，我国多所高校推出的3D打印机，其中部分技术已达到国际顶尖水平，并且联合亚洲制造业协会、国内3D打印技术领先企业，于2012年成立中国3D打印技术联盟。这有利于联合国内多股分散力量，尽快为我国3D打印技术建立行业标准。

2 3D打印技术的应用领域和存在的问题

经历过20世纪后期几十年的沉寂后，21世纪迎来了3D打印技术的崛起。在产品设计领域，起初在产品试制时的初次尝试，促成了3D打印机的诞生。与传统的产品制造复杂的流程不同，3D打印技术的应用，使得产品的生成过程大大简化。这也正是3D打印被称为“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打印技术的天然优势，可以实现产品的自然无缝对接，实现传统方式无法达到的高稳定性，而被广泛应用于高精度制造领域，比如飞行器制造。在艺术品展示方面，3D打印技术的加持使得原本复杂雕塑的复制成为可能，等比例复制的模型已经达到了非常逼真的地步。在医疗领域，3D打印技术可以在病人手术前实现等比例建模，通过对打印模型的研究，可以大大提升手术的成功概率，不仅快速、安全，还减轻了患者的痛苦；同时利用3D打印技术“打印”出的人体组织能与人体高度契合，大大降低了医疗难度。虽然3D打印技术的应用领域如此之广，但其存在的问题也比较突出。

2.1 成本较高

虽然3D打印技术所具备的先天优势对传统制造业具有颠覆性的意义，但较高的成本也成为制约其发展的一大因素。设备昂贵、材料稀缺、无法大批量生产等，最根本的原因就是3D打印技术成本较高。

2.2 国内技术发展不成熟

3D打印技术进入我国时间较短，发展还不成熟，金属零部件的直接打印更是受到技术制约。金属具有高强度的特性，使得打印过程中需要达到较高的熔点。这就会产生应力集中等问题。这一问题不解决，3D打印技术在金属零部件制造方面的瓶颈就不会被打破。

2.3 技术单一，效率低下

技术单一主要体现在当前的3D打印技术都要依赖激光作为能量源。虽然激光能量较为集中，但单单依靠这一种不成熟的技术根本无法满足国内对3D打印技术的需求，同时激光作为能量源这一技术本身的发展就存在缺陷，长期使用，其昂贵、维修难度大、技术应用复杂等缺陷会暴露得更加彻底。此外，利用3D打印技术进行制造的过程中，一旦遇到层厚大的物体，其打印精度和打印效率都会大打折扣。就目前的技术层面，这一问题无法得到根本改善。

3 结束语

随着3D打印技术的日趋完善，行业对其的发展前景也是十分看好的。我们有理由相信，3D打印技术在未来推动我国实现可持续发展方面必将发挥建设性的作用。

参考文献

[1]杜宇雷，孙菲菲，原光，等.3D打印材料的发展现状[J].徐州工程学院学报（自然科学版），2014（01）：20-24.

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〔编辑：刘晓芳〕