近幾年3D打印成了超前科技的代言詞，火遍。其實(shí)3D打印并不能算是一項(xiàng)新技術(shù)，它早在20世紀(jì)80年代便已產(chǎn)生，只是因?yàn)槌杀揪薮螅趜ui近幾年才進(jìn)軍藝術(shù)界和工業(yè)界，用以制造假肢、汽車零部件、家具和珠寶等。

　　一、3D打印的工作原理及其應(yīng)用方向

　　工作原理

　　3D打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對(duì)象是通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來(lái)的。3D打印機(jī)相對(duì)于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價(jià)格便宜，高易用性等優(yōu)點(diǎn)。3D打印機(jī)就是可以打印出真實(shí)3D物體的一種設(shè)備，功能上與激光成型技術(shù)一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過(guò)逐層增加材料來(lái)生成3D實(shí)體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)*不同。稱之為打印機(jī)是參照了其技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^(guò)程與噴墨打印十分相似。

　　每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被打印成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可刨出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。

　　打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過(guò)處理的特殊材料，不僅對(duì)固化反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)度以及打印分辨率都有直接影響。目前的3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。當(dāng)然受到噴打印原理的限制，打印速度勢(shì)必不會(huì)很快，目前較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實(shí)現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達(dá)24位。

　　由于打印精度高，打印出的模型品質(zhì)自然不錯(cuò)。除了可以表現(xiàn)出外形曲線上的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)部件也不在話下。如果用來(lái)打印機(jī)械裝配圖，齒輪、軸承、拉桿等都可以正常活動(dòng)，而腔體、溝槽等形態(tài)特征位置準(zhǔn)確，甚至可以滿足裝配要求，打印出的實(shí)體還可通過(guò)打磨、鉆孔、電鍍等方式進(jìn)一步加工。同時(shí)粉末材料不限于砂型材料，還有彈性伸縮、高性能復(fù)合、熔模鑄造等其它材料可供選擇。

　　發(fā)展現(xiàn)狀

　　3D打印，過(guò)去在科研、教學(xué)或者制造領(lǐng)域被稱為快速成型技術(shù)。3D打印這個(gè)更為形象的叫法快速被大眾接受和普及。隨著材料科學(xué)的快速發(fā)展，快速成型技術(shù)正在各個(gè)領(lǐng)域均有極大延伸，比如打印建筑物、打印汽車、打印人體器官、打印骨骼，而且我們還可以用3D打印機(jī)打印自己設(shè)計(jì)的衣服。我們首先用掃描儀對(duì)自己的身體進(jìn)行一下掃描，這樣就能得到我們身材的尺寸，然后通過(guò)CAD對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和修改，這樣我們就可以自己打印出衣服和褲子。

　　目前美國(guó)的3D打印技術(shù)較為，應(yīng)用范圍更廣。而在國(guó)內(nèi)，今年1月份，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)史玉升帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)成功研制出世界上zui大的3D立體打印機(jī)，并且憑借這一研究成果入選兩院院士評(píng)選的2011年中國(guó)科技進(jìn)展，中國(guó)的3D打印正在快速發(fā)展，從工業(yè)和制造業(yè)應(yīng)用開始朝個(gè)人和小型化方向發(fā)展。

　　3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域

　　食品行業(yè)英國(guó)埃克塞特大學(xué)研究人員，去年推出世界*3D巧克力打印機(jī)。是了，你沒(méi)有看錯(cuò)。研究人員已經(jīng)開始嘗試打印巧克力了。或許在不久的將來(lái)，很多看起來(lái)一模一樣的食品就是用食品3D打印機(jī)打印出來(lái)的。當(dāng)然，到那時(shí)可能人工制作的食品會(huì)貴很多倍。

　　建筑設(shè)計(jì)

　　在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美。*合乎設(shè)計(jì)者的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量材料。

　　醫(yī)療行業(yè)

　　zui近，一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機(jī)打印出來(lái)的下顎骨，這是世界上*使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。

　　汽車制造業(yè)

　　不是說(shuō)你的車是3D打印機(jī)打印出來(lái)的（當(dāng)然或許有一天這也有可能），而是說(shuō)汽車行業(yè)在進(jìn)行安全性測(cè)試等工作時(shí)，會(huì)將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時(shí)降低成本。

　　傳統(tǒng)制造業(yè)

　　傳統(tǒng)制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因?yàn)?D打印無(wú)論是在成本、速度和度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來(lái)很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個(gè)問(wèn)題。

　　科學(xué)研究

　　美國(guó)德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過(guò)對(duì)化石進(jìn)行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時(shí)還做了比例縮減，更適合研究。

　　產(chǎn)品原型

　　比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)之后，通過(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)模型，能夠讓設(shè)計(jì)制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。

　　文物保護(hù)

　　博物館里常常會(huì)用很多復(fù)雜的替代品來(lái)保護(hù)原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時(shí)復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響傳播給更多的人。zui近史密森尼博物館就因?yàn)樵嫉耐旭R斯。杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個(gè)巨大的3D打印替代品放在了原來(lái)雕塑的位置。

　　配件、飾品

　　這是zui廣闊的一個(gè)市場(chǎng)。在未來(lái)不管是你的個(gè)性筆筒，還是有你半身浮雕的手機(jī)外殼，抑或是你和愛(ài)人擁有的世界上*的戒指，都有可能是通過(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)的。甚至不用等到未來(lái)，現(xiàn)在就可以實(shí)現(xiàn)。

　　3D打印其實(shí)就是一種快速成形制造技術(shù)，那么理論上3D打印就可以應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系中任何與制造有關(guān)行業(yè)，但是由于受到原材料和打印機(jī)價(jià)格等方面因素的制約，目前3D打印主要在以下幾個(gè)方面有著廣泛的應(yīng)用：1、工業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試制及快速打印成形。2、個(gè)性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及快速打印制造；3、各種創(chuàng)意產(chǎn)品、玩具、禮物、文物、動(dòng)漫游戲角色及人物模型等克隆復(fù)制；4、3D照相館；5、醫(yī)療行業(yè)人體器官、醫(yī)療器械打印；6、建筑模型制作；7、教育、科研、軍事等行業(yè)的應(yīng)用。我們仔細(xì)觀察這些領(lǐng)域，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)共同點(diǎn)，那就是需要快速制造。在新產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中，樣品的設(shè)計(jì)不可能先制造出生產(chǎn)機(jī)器，再去制造出樣品，這樣不僅會(huì)耗時(shí)耗力，而且一旦產(chǎn)品的研制出現(xiàn)問(wèn)題，那么就會(huì)造成錢財(cái)?shù)睦速M(fèi)，同時(shí)這樣的生產(chǎn)周期很長(zhǎng)。而3D打印則很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，首先樣品的制造速度很快，不用等上很長(zhǎng)時(shí)間。其次，即使產(chǎn)品研發(fā)失敗也不會(huì)造成很大的損失。

　　二、3D打印的發(fā)展前景

　　對(duì)于3D打印的發(fā)展前景這個(gè)話題的論述，我們需要了解3D打印的具體有哪些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，其次我們還需要分析3D打印目前在市場(chǎng)上的反應(yīng)如何。

　　3D打印的技術(shù)的長(zhǎng)處

　　1、制造速度快。3D打印機(jī)技能是并行工程中進(jìn)行雜亂原型或許零件制造的有用手法，能使商品描繪和模具出產(chǎn)同步進(jìn)行，然后進(jìn)步公司研制功率，縮短商品描繪周期，極大的降低了新品開發(fā)的本錢及危險(xiǎn)，關(guān)于外形尺寸較小，異形的商品特別適用。

　　CAD/CAM技能的集成描繪制造一體化一向來(lái)說(shuō)是如今的一個(gè)難點(diǎn)，計(jì)算機(jī)輔佐技能（CAPP）在現(xiàn)階段因?yàn)檫€無(wú)法與CAD、CAM？*的無(wú)縫對(duì)接，這也是制約制造業(yè)信息化一向以來(lái)的難點(diǎn)之一，而快速成型技術(shù)能集成CAD、CAM、激光技能、數(shù)控技能、化工、資料工程等多項(xiàng)技能，使得描繪制造一體化的概念完滿完結(jié)。*再現(xiàn)三維作用通過(guò)疾速成型制造完結(jié)的零部件，*實(shí)在的再現(xiàn)三維外型，無(wú)論外表面的異形曲面仍是內(nèi)腔的異形孔，都能夠?qū)嵲跍?zhǔn)確的完結(jié)外型，基本上不再需求再憑借外部設(shè)備進(jìn)行修正

　　2、資料品種繁復(fù)。到當(dāng)前為止，各類3D打印機(jī)設(shè)備上所運(yùn)用的資料品種有許多，樹脂、尼龍、塑料、白臘、紙以及金屬或陶瓷的粉末，基本上滿意了絕大多數(shù)商品對(duì)資料的機(jī)械功用需求。發(fā)明明顯的經(jīng)濟(jì)效益與傳統(tǒng)機(jī)械加工辦法比擬，開發(fā)本錢上節(jié)省10倍以上，相同，疾速成型技能縮短了公司的商品開發(fā)周期，使的在新品開發(fā)進(jìn)程中呈現(xiàn)重復(fù)修正描繪方案的疑問(wèn)大大削減，也基本上消除了修正模具的疑問(wèn)，發(fā)明的經(jīng)濟(jì)效益是清楚明了的。

　　3、運(yùn)用職業(yè)范疇廣泛。3D？打印通過(guò)這些年的開展，已基本上構(gòu)成了一套體系，相同，可運(yùn)用的職業(yè)也逐步擴(kuò)展，從商品描繪到模具描繪與制造，資料工程、醫(yī)學(xué)研討、文化藝術(shù)、修建工程等等都逐步的運(yùn)用3D打印，使得3D？打印有著寬廣的遠(yuǎn)景。

　　3D打印技術(shù)的未來(lái)

　　根據(jù)目前3D打印的現(xiàn)狀和其優(yōu)勢(shì)以及技術(shù)特點(diǎn)，我們可以做出以下的判斷：未來(lái)3D打印會(huì)朝著兩端發(fā)展：激光技術(shù)適合更復(fù)雜的生產(chǎn)，而熔融技術(shù)則更適合家用和小規(guī)模的制造。總的來(lái)看，中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)化的條件已經(jīng)成熟，未來(lái)幾年將是市場(chǎng)擴(kuò)展的成長(zhǎng)期。可以對(duì)3D打印的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)見(jiàn)：3D打印既是制造業(yè)，更是服務(wù)業(yè)。近中期，將會(huì)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)形成互補(bǔ)。相較于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，3D打印技術(shù)的確是重大的變革，但目前和近中期還不具備推動(dòng)第三次工業(yè)革命的本領(lǐng)，也不會(huì)是傳統(tǒng)制造業(yè)的*。3D打印技術(shù)雖然也許會(huì)重振部分發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，但是短期內(nèi)還難以顛覆整個(gè)傳統(tǒng)制造業(yè)模式。從長(zhǎng)期來(lái)看，3D打印技術(shù)其實(shí)就是顛覆性、破壞性的技術(shù)。當(dāng)前，3D打印技術(shù)的應(yīng)用迄今被局限于利基市場(chǎng)（Niche Market，即高度專門化的需求市場(chǎng)）或細(xì)分市場(chǎng)（Market Segmentation），如醫(yī)療或模具。但根據(jù)克里斯滕森的理論，顛覆性技術(shù)會(huì)不斷發(fā)展，以低成本滿足較市場(chǎng)的需要，然后采取農(nóng)村包圍城市的方式逐步奪取天下。盡管3D打印主要適用于小批量生產(chǎn)，但是其打印的產(chǎn)品可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品更輕便、更堅(jiān)固、定制化、直接組裝成型。3D打印的另一個(gè)顛覆性特征是：?jiǎn)闻_(tái)機(jī)器能創(chuàng)建各種*不同的產(chǎn)品。而傳統(tǒng)制造方式需要改變流水線才能完成定制生產(chǎn)，其過(guò)程需要昂貴的設(shè)備投資和長(zhǎng)時(shí)間的工廠停機(jī)。不難想象，未來(lái)的工廠可以用同一個(gè)車間的3D打印機(jī)既制造茶杯，又制造汽車零部件和量身定制的醫(yī)療產(chǎn)品。

　　3D打印可以在提升工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平的同時(shí)有助于攻克技術(shù)難關(guān)，可以提高工業(yè)設(shè)計(jì)能力，可以生產(chǎn)出復(fù)雜、特殊、個(gè)性化產(chǎn)品，可以形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)就業(yè)3D打印技術(shù)顯示出巨大的潛在優(yōu)勢(shì)。未來(lái)的3D打印將在民用和工業(yè)應(yīng)用兩方面獲得不可思議的進(jìn)展。未來(lái)3D打印機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品將*。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用范圍之廣將超乎想象，zui終將給人們的生產(chǎn)和生活方式帶顛覆式的改變。