3D打印技術的發(fā)展現(xiàn)狀

孫玲++李憲

文章編號：2095-6835（2017）04-0036-02

摘 要：3D打印技術，也叫“快速成型技術”或“增材制造技術”。作為近年來新興的一種革命性產業(yè)技術，3D打印技術呈現(xiàn)出的快速增長趨勢令各行各業(yè)始料未及，其受關注程度在國際上也是絲毫不減。這一被譽為“第三次工業(yè)革命”的核心技術，其發(fā)展現(xiàn)狀如何？今后又將面臨怎樣的發(fā)展環(huán)境？值得我們深思。

關鍵詞：3D打印技術；成本較高；技術單一；效率低下

中圖分類號：TP334.8 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.036

近年來，3D打印技術受到國際社會的廣泛關注，與其相關的話題更是被炒得沸沸揚揚。調查顯示，3D打印技術已成為美國增長最快的工業(yè)之一。造就如此現(xiàn)狀的原因正是西方發(fā)達國家在3D打印技術上投入大量的人力、物力和財力，研發(fā)出更加豐富的打印原料，促使這一技術日趨成熟，精度不斷提高，而且成本越來越低。據報道，美國軍方已將3D打印技術應用于武器研發(fā)領域，甚至成功制造出了世界上第一支“3D打印手槍”。隨著這一技術在國外的大熱，我國也開始重視3D打印技術的研發(fā)，并在不斷研發(fā)中取得了可喜的成就。

1 各國3D打印技術的發(fā)展情況

增材制造領域知名市場咨詢公司Wohlers Associates發(fā)布的《沃勒斯報告2016》指出，2015年全球增材制造和3D打印市場銷售額達到51.65億美元，比2014年同比增長25.9%，增長額達到10億美元。在整個3D打印領域，美國制造占了將近75%，歐洲各國和以色列占了20%，而我國在這一領域所占的比例只有不到4%.

1.1 3D打印行業(yè)的領頭羊——美國

自3D打印技術于20世紀70年代在美國開發(fā)以來，這一市場就長期被美國所占領。據行業(yè)內部統(tǒng)計，美國3D Systems和Stratasys 2家公司就占據了2/3的市場份額。正是得益于長期的技術沉淀和大量的資金支持，3D打印技術在美國已形成一定的商業(yè)模式。除此之外，政府的大力支持也是美國的3D打印技術領先于世界的重要原因。奧巴馬政府為提升3D打印技術在美國的領先地位，早在2012年的國情咨文中就曾宣布對先進制造業(yè)領域（包括3D打印技術、人工智能、機器人技術等）加大資金投資力度，期初每年為5億美元，2016年翻倍，達到10億美元。除了資金投入，美國更加重視人才培養(yǎng)，例如在俄亥俄州建立的3D打印技術創(chuàng)新研究所就是最好的證明。在這一大環(huán)境下，全球僅有的2家3D打印技術納斯達克上市公司均位于美國。美國無疑成為這一領域的領頭羊。

1.2 日本企業(yè)加速發(fā)展

近年來，日本的3D打印技術發(fā)展舉世矚目，在專利申請方面，全球領先的10家公司，日本就占據7席。更令世界稱嘆的是，日本松下企業(yè)3D打印技術專業(yè)申請數(shù)量后來居上，成為該領域全球第一，多達54件。《沃勒斯報告2016》更將日本3D打印技術公司東芝稱為2015年該領域“很有前途的新進入者”。這充分說明日本3D打印技術的快速發(fā)展，日本已經成為3D打印領域不可忽視的重要力量。

1.3 我國處于起步階段

20世紀90年代，以清華大學、華中科技大學、西安交通大學等國內高校為首的諸多單位看到了3D打印技術的廣闊前景，紛紛投入到這一技術的研發(fā)、推廣和應用中，并且取得了可喜的成就。但與以美國為首的西方發(fā)達國家相比，我國仍處于3D打印技術的起步階段。在3D打印技術中，我國所掌握的激光直接加工金屬技術有望首先實現(xiàn)突出，被應用于航空航天裝備制造領域。這是3D打印技術在我國發(fā)展最快的技術領域。同時，生物細胞3D打印技術經過多年實驗，取得顯著進步，已經可以制造出立體的模擬生物組織，相信在不久的將來會在我國尖端醫(yī)療領域大放異彩。除此之外，我國多所高校推出的3D打印機，其中部分技術已達到國際頂尖水平，并且聯(lián)合亞洲制造業(yè)協(xié)會、國內3D打印技術領先企業(yè)，于2012年成立中國3D打印技術聯(lián)盟。這有利于聯(lián)合國內多股分散力量，盡快為我國3D打印技術建立行業(yè)標準。

2 3D打印技術的應用領域和存在的問題

經歷過20世紀后期幾十年的沉寂后，21世紀迎來了3D打印技術的崛起。在產品設計領域，起初在產品試制時的初次嘗試，促成了3D打印機的誕生。與傳統(tǒng)的產品制造復雜的流程不同，3D打印技術的應用，使得產品的生成過程大大簡化。這也正是3D打印被稱為“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打印技術的天然優(yōu)勢，可以實現(xiàn)產品的自然無縫對接，實現(xiàn)傳統(tǒng)方式無法達到的高穩(wěn)定性，而被廣泛應用于高精度制造領域，比如飛行器制造。在藝術品展示方面，3D打印技術的加持使得原本復雜雕塑的復制成為可能，等比例復制的模型已經達到了非常逼真的地步。在醫(yī)療領域，3D打印技術可以在病人手術前實現(xiàn)等比例建模，通過對打印模型的研究，可以大大提升手術的成功概率，不僅快速、安全，還減輕了患者的痛苦；同時利用3D打印技術“打印”出的人體組織能與人體高度契合，大大降低了醫(yī)療難度。雖然3D打印技術的應用領域如此之廣，但其存在的問題也比較突出。

2.1 成本較高

雖然3D打印技術所具備的先天優(yōu)勢對傳統(tǒng)制造業(yè)具有顛覆性的意義，但較高的成本也成為制約其發(fā)展的一大因素。設備昂貴、材料稀缺、無法大批量生產等，最根本的原因就是3D打印技術成本較高。

2.2 國內技術發(fā)展不成熟

3D打印技術進入我國時間較短，發(fā)展還不成熟，金屬零部件的直接打印更是受到技術制約。金屬具有高強度的特性，使得打印過程中需要達到較高的熔點。這就會產生應力集中等問題。這一問題不解決，3D打印技術在金屬零部件制造方面的瓶頸就不會被打破。

2.3 技術單一，效率低下

技術單一主要體現(xiàn)在當前的3D打印技術都要依賴激光作為能量源。雖然激光能量較為集中，但單單依靠這一種不成熟的技術根本無法滿足國內對3D打印技術的需求，同時激光作為能量源這一技術本身的發(fā)展就存在缺陷，長期使用，其昂貴、維修難度大、技術應用復雜等缺陷會暴露得更加徹底。此外，利用3D打印技術進行制造的過程中，一旦遇到層厚大的物體，其打印精度和打印效率都會大打折扣。就目前的技術層面，這一問題無法得到根本改善。

3 結束語

隨著3D打印技術的日趨完善，行業(yè)對其的發(fā)展前景也是十分看好的。我們有理由相信，3D打印技術在未來推動我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展方面必將發(fā)揮建設性的作用。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕