解密3D打印技術與產業的發展及前景

解密3D打印技術與產業的發展及前景

　　長江後浪推前浪，當歷史的波瀾技術一波一波推過之後，3D打印技術奮發崛起，正以迅雷不及掩耳之勢向我們襲來，而這一刻你做好準備了嗎？
知道3D打印技術正在崛起，那你對3D打印技術與產業的發展及前景瞭解嗎？讓我們一起來揭密吧。

　　3D打印(3D Printing)技術作爲快速成型領域的一種新興技術，目前正成爲一種迅猛發展的潮流。近一段時間，3D打印技術吸引了國內外新聞媒體和社會公衆的熱切關注。英國《經濟學人》雜誌2011年2月刊載封面文章，對3D打印技術的發展作了介紹和展望，文章認爲：3D打印技術未來的發展將使大規模的個性化生產成爲可能，這將會帶來全球製造業經濟的重大變革。很多新聞媒體樂觀地認爲：3D打印產業將成爲下一個具有廣闊前景的朝陽產業。

　　1 3D打印技術簡介

    3D打印技術是指通過連續的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，與傳統的去除材料加工技術不同，因此又稱爲添加製造(AM，Additive Manufacturing)。作爲一種綜合性應用技術，3D打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術等爲一體的複雜機電一體化系統，主要由高精度機械系統、數控系統、噴射系統和成型環境等子系統組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設計與控制軟件等也是3D打印技術體系的重要組成部分。

    目前，3D打印技術主要被應用於產品原型、模具製造以及藝術創作、珠寶製作等領域，替代這些領域傳統依賴的精細加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升製作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫學、建築、服裝等領域，3D打印技術的引入也爲創新開拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細胞爲“墨水”打印人體的組織和器官，是醫學領域具有重大意義的創新。

　　2 3D打印技術及產業國際國內發展現狀

    2.1 國際情況

    經過十多年的探索和發展，3D打印技術有了長足的進步，目前已經能夠在0.01mm的單層厚度上實現600dpi的精細分辨率。目前國際上較先進的產品可以實現每小時25mm厚度的垂直速率，並可實現24位色彩的彩色打印。

    目前，在全球3D打印機行業，美國3D Systems和Stratasys兩家公司的產品佔據了絕大多數市場份額。此外，在此領域具有較強技術實力和特色的企業/研發團隊還有美國的Fab@Home和Shapeways、英國的Reprap等。

    3D Systems公司是全世界最大的快速成型設備開發公司。於2011年11月收購了3D打印技術的最早發明者和最初專利擁有者Z Corporation公司之後，3D Systems奠定了在3D打印領域的龍頭地位。Stratasys公司2010年與傳統打印行業巨頭惠普公司簽訂了OEM合作協議，生產HP品牌的3D打印機。繼2011年5月收購Solidscape公司之後，Stratasys又於2012年4月與以色列著名3D打印系統提供商Objet宣佈合併。當前，國際3D打印機製造業正處於迅速的兼併與整合過程中，行業巨頭正在加速崛起。   

    目前在歐美發達國家，3D打印技術已經初步形成了成功的商用模式。如在消費電子業、航空業和汽車製造業等領域，3D打印技術可以以較低的成本、較高的效率生產小批量的定製部件，完成複雜而精細的造型。另外，3D打印技術獲得應用的領域是個性化消費品產業。如紐約一家創意消費品公司Quirky通過在線徵集用戶的設計方案，以3D打印技術製成實物產品並通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創新產品，年收入達到100萬美元。

   2.2 國內情況

    自20世紀90年代以來，國內多所高校開展了3D打印技術的自主研發。清華大學在現代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優勢；華中科技大學在分層實體制造工藝方面有優勢，並已推出了HRP系列成型機和成型材料：西安交通大學自主研製了三維打印機噴頭，並開發了光固化成型系統及相應成型材料，成型精度達到0.2mm；中國科技大學自行研製了八噴頭組合噴射裝置，有望在微製造、光電器件領域得到應用。但總體而言，國內3D打印技術研發水平與國外相比還有較大差距。

    近年來，國內如深圳維示泰克、南京紫金立德、北京殷華、江蘇敦超等企業已實現了3D打印機的整機生產和銷售，這些企業共同的特點是由海外歸國團隊建立，規模較小，產品技術與國外廠商同類產品相比尚處於低端。目前，國產3D打印機在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還難以滿足商用的需求，技術水平有待進一步提升。在服務領域，我國東部發達城市已普遍有企業應用進口3D打印設備開展了商業化的快速成型服務，其服務範圍涉及到模具製作、樣品製作、輔助設計、文物復原等多個領域。與內地相比，我國港臺地區3D打印技術引入起步較早，應用更爲廣泛，但港臺主要着重於技術應用，而非自主研發。

　　3 3D打印產業的未來發展前景

    根據國際快速製造行業權威報告《Wohlers Report 2011》發佈的調查結果，全球3D打印產業產值在1988～2010年間保持着26.2%的年均增長速度。報告預期，3D打印產業未來仍將持續較快地增長，到2016年，包含設備製造和服務在內的產業總產值將達到31億美元，2020年將達到52億美元。

    但3D打印技術要進一步擴展其產業應用空間，目前仍面臨着多方面的瓶頸和挑戰：一是成本方面，現有3D打印機造價仍普遍較爲昂貴，給其進一步普及應用帶來了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的侷限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠不適應大規模生產的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重衝突。四是產業環境方面，3D打印技術的普及將使產品更容易被複制和擴散，製造業面對的盜版風險大增，現有知識產權保護機制難以適應產業未來發展的需求。

    Gartner公司2011年發佈的最新技術發展展望報告判斷：3D打印技術目前正在進入概念炒作的高峯階段，其技術還有待充分成熟，主流市場也有待進一步培育。Gartner公司研究人員認爲，3D打印技術成熟到適應市場需求還將需要5～10年的時間。在這一較爲漫長的發展過程中，產業可能會面臨增長期望落空、技術遭遇瓶頸以及投資撤離等風險。

    總之，從中長期看來3D打印產業具有較爲廣闊的發展前景，但目前產業距離成熟階段尚有較大距離，對於3D打印市場規模的短期發展不宜過分高估。因此，現階段產業界對3D打印領域的投入應以加強創新研發、技術引進和儲備爲主，尤其要重視自主知識產權的建設和維護，爭取在未來的市場競爭中佔據有利地位。如受到概念炒作影響，在技術尚未充分完善的現階段大規模投入產能擴張，則投資回報將面臨着較大的風險。

　　4 3D打印技術未來發展的主要趨勢

    隨着智能製造的進一步發展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到製造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的發展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。

    提升3D打印的速度、效率和精度，開拓並行打印、連續打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質量、力學和物理性能，以實現直接面向產品的製造；開發更爲多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料及複合材料等，特別是金屬材料直接成型技術有可能成爲今後研究與應用的又一個熱點；3D打印機的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應分佈化生產、設計與製造一體化的需求以及家庭日常應用的需求；軟件集成化，實現CAD/CAPP/RP的一體化，使設計軟件和生產控制軟件能夠無縫對接，實現設計者直接聯網控制的遠程在線製造；拓展3D打印技術在生物建築、車輛、服裝等更多行業領域的創造性應用。

　　經過一系列的解密3D打印技術與產業的發展及前景後，你是不是豁然開朗呢，遇到困難不要退縮，要要一個好的心態去面對哦，正如看到3D打印這樣的新技術後，你也要正常的去面對纔是哦，這樣我們才能更好的去發展。