三维打印技术的特点、优势及其在各行业中的应用分析

张帆

摘 要：本文论述了三维打印技术的优点及各种应用，三维打印技术开创数字制造时代。三维打印包含了大多数增量叠层制造技术，更加从宏观上进行系统思考，也便于公众对新技术的理解。三维打印具有4大优势及材料日趋多样化，应用遍及各行各业，三维打印越来越有影响力。

关键词：三维打印；三维打印服务；家居用品；建筑领域；创伤修复

中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2017）36-0270-02

一、前言

3D打印已发展成为一种具有无限可能的多用途技术，其作用将可与计算机和互联网媲美，其光明的前景吸引了众多的设计师、工程师、业余爱好者和投资者参与其中，成为可能引发新工业革命的导火线。除了三维打印的独特优势，这一高潮的出现还由于近年取得的成本突破、材料突破以及应用领域的极具扩大。与此同时孕育着和开始隐现出新的商务、生产模式以及新的生活方式。

二、三维打印具有4大优势

首先，三维打印是直接数字化制造，从三维CAD模型直接制造出产品，而不仅是零件，减少或省略了毛坯准备、零件加工、装配等中间工序，且无需昂贵的刀具或模具

第二，三维打印制造的是完全定制的、个性化的独特产品，可做到全球仅此1件，百分之百按订单制造。在没有售出之前，是数字储存在计算机里，无需实体仓库。

第三，三維打印产品在没有售出之前是用数字发运的，CAD文件在互联网上传输，费用极微。此外，三维打印不仅是按需制造，而且是就地制造，即在使用地点制造，这种虚拟运输节约或舍弃了物流成本。

最后，三维打印能够最大限度地发挥材料的特性，而不在意制品构造是否复杂，仅把材料放在有用的地方，大大减少了材料的浪费。

价格急剧下降，福特发明了流水线，使T型车的售价降到950美元，从而汽车进入了家庭，拉开了大量生产方式的序幕。今天，一台数千元PC机的性能可与30年前上千万的计算中心相当，所以PC机无所不在。因此，任何新技术只有在价格下降千百倍以后，才能得到真正普及，为大众所接受，三维打印也不例外。10年前，三维打印机售价数万到数十万美元，今天，家用三维打印机仅售1，000-2，000美元。而低价的三维打印机可供家庭打印玩具、摆设、装饰品、家庭用具和各种业余爱好物品。可以预计，在未来3-5年内，家用三维打印机完全可能降到300- 500美元，成为开发儿童智力的机器。

材料日趋多样化。过去，三维打印大多仅能打印树脂或塑料一类的软材料。而今天，不仅可以打印钛合金一类的高强度材料，还可以打印陶瓷和玻璃，甚至打印混凝土制品、食品和生物细胞。零件的结构设计更加合理、重量更轻、材料更节省。对航天产品来说，每减少1千克，都将带来产品性能的极大提高和巨大的经济效益。

三、三维打印的应用

应用广泛，遍及各行各业，创意无限的家居用品。能够进入家庭的新技术，其市场前景无疑是巨大的。且由于没有制造过程的限制，设计师可以充分发挥想象力和创造力，设计出独一无二的艺术品、灯饰、夹具、首饰，使家庭具有充满个性化的艺术氛围。此外，借助家用三维打印机自己可以随时打印所需的日常用品，包括鞋子、发夹、首饰、玩具等等，大大增加了生活的方便性和趣味性。

（一）快速运行的机械产品

使用三维打印不仅可以制作固定不动的产品，还可以制作有相互运动机构或部件的物体，如轴承、啮合齿轮或其他机构。

（二）快速直接建造的房屋

在建筑领域，三维打印除用于制作复杂的、大型的、超现代创意的建筑模型外，还可用于房屋的快速直接建造。美国南加州大学和英国拉夫堡大学对陶瓷制品和混凝土构件三维打印进行了多年研究，并已用于房屋的快速建造。且不仅可以打印直线墙壁，还可打印任意弧线的墙体或抗震的拱形结构。建造的速度很快，一天就能够打印一幢小楼。

（三）骨科的创伤修复

三维打印在医疗领域的应用日益广泛。除口腔科用于制造齿冠外，骨科的创伤修复将成为热点。目前的人体植入物是标准化的，而不是个性化的，在许多情况下并不适合每个患者的需要。三维打印人体植入物的另一优点是能够制作与骨骼结构相似的植入物，即非实体的、具有层次结构的人造骨骼。这种骨骼更容易与人体组织交融，缩短康复过程。此外，将患者的CT扫描文件传输给专门的人造骨骼专业公司，即可很快地获得定制的骨骼，从而可及时为患者进行手术，避免延误。

除以上几大应用领域外，三维打印技术还可进行生物打印，即打印人体组织和器官，以及其他许多新奇的应用，例如打印可吃的蛋糕、可演奏的乐器、可发射子弹的手枪等等。未来，三维打印也必将在更多的领域得到应用。

四、三维打印对各行业的影响

三维打印不仅正在改变物品制造的方法，而且还对人们的经济、生产和生活的各方面产生了强烈的冲击，引起了一系列的变革，可能成为新工业革命的导火索。例如，三维打印改变了人们购买物品的过程，人们不再走进商店挑选有限款式的商品，而是在网上挑选接近你喜好的样式，进行修改，直到满意为止。美国 Freedom of Creation公司就是这样一家三维打印创意物品的公司，他们在网上出售创意的灯饰、家具、首饰等，但是没有实体货品，因而没有物流和库存。

此外，虽然三维打印机即将进入家庭，但并非每个人都是设计师，能够设计出有创意的物品。这种情况下，你可以向设计公司购买创意产品的CAD文件，下载后在家里打印。反过来，你有创意的设计，就可以挂到网上去销售，供别人下载。然而，值得注意的是，有创意的设计一旦成为网上商品，下载就能打印，就为知识产权保护带来新问题，如何防止任意拷贝和无限传播需要新的法律来保护。

三维打印的发展同时也为三维打印服务商带来了无限商机。例如，你没有三维打印机或者你的三维打印机不够好，这时你就可以把你的创意产品的CAD文件，传给专业的三维打印服务公司，委托他们打印。三维打印服务商会提供不同打印工艺和不同的材料供你选择，不仅可以很快把打印好的物品送到你家里，而且可以代你向全世界销售你的产品。美国Shapeways公司就是一家著名的3DP服务商，他的广告用语是：“通过三维打印制作和分享你的产品”。

可以预见，未来将会出现三维打印的完整供应链，不仅是设计一方。而更大的变化将是生产领域会出现大量提供CAD/CAM设计的公司，供最终用户下载，在家打印产品或委托专业公司打印。endprint