3D打印：打出未来?

文 曲婷 詹仪

3D打印：打出未来?

文 曲婷 詹仪

近年来，全球范围内呈现“3D打印热”现象。“中国制造2025”也将3D打印上升为“国家战略”，3D打印将颠覆传统制造技术，实现并购浪潮与产业聚集效应。文中首先简要概述3D打印，其次介绍3D打印为何叫好不叫座的原因，最后呼吁人们共同努力来实现产业化的大爆发。

近年来，3D打印如雨后春笋般涌现。未来，它将拉开“第三次工业革命”的序幕。这种新兴技术不仅能打印一件玩具、一幢建筑和人体各器官等，而且将走入千家万户。同时，新一轮科技和产业变革正在世界范围内兴起，各国纷纷抢占未来战略制高点，发达国家加紧实施“再工业化”，我国产业转型、提质增效也迫在眉睫。智能制造与3D打印是全球产业界追逐的焦点，也为中国经济转型升级带来了新的契机，必须抓住机遇，以向智能制造转型为关键，以大众创业、万众创新为依托，走在升级发展前列。

3D打印概述

3D打印[1]是一项快速发展的技术。它以三维数字模型为依据，使用3D打印机，运用粉末状的石膏、树脂、金属、塑料、尼龙及食品材料等可粘合材料，通过逐层打印来构造实物。3D打印不仅精度高，而且最薄厚度是0.025mm，即使用低档次3D打印机也能打印出高质量实物。

3D打印技术有不少优势：无需考虑打印复杂性，无需考虑品种多样性，无需组装，零限制，零技能制造，零尺寸限制，废料非常少，无限的材料色度等。尽管3D打印技术持续风靡，但产业化应用并不理想。对大多数上市公司，3D打印业务基本上还处于投入阶段，并未形成显著营收，在各个行业仍处于“模型”或者应用的初级阶段。

为何叫好不叫座

大众化的困境[2]

3D打印对制造业有辅助作用，但对一般市民不具备实用性，其用户群狭窄。当前运用最多的3D打印机为FDM机型，其价格从几千元到几万元不等，一般市民无法承受，并且FDM只能打印塑料模型，耗材强度不高，无法实际运用，对市民的作用可有可无，从而使3D打印用户群进一步缩小，商业应用更不能扩大。

门槛高

一般市民当中会使用三维建模软件建模、修模寥寥无几，过高的技术门槛挡住大部分对3D打印有兴趣的人。3D打印需要三维模型图[3]，才能打印出实实在在的模型，若不会建模，3D打印机买来也无用，只能放在家里当摆设。而一般人中，能运用CAD、3Dmax等三维软件的人不多，除了从事建模职业、机械制造业的学生以及建模爱好者，其他人完全对此陌生。

材料有限[4]

现在的工业级打印机虽然可以打印多种材料，主要以石膏、光敏树脂、塑料为主，而其他材料往往面临着以下问题：可适用的材料成熟度跟不上3D市场的发展；打印流畅性不足；材料强度不够；材料对人体的安全性与对环境的友好性的矛盾；材料标准化及系列化规范的制定。而金属工件的需求往往更大：根据不同的用途，金属材料制备的工件要求强度高、耐腐蚀、耐高温、比重小、具有良好的可烧结性，材料无毒、环保，性能要稳定，功能丰富等。

3D打印技术被热炒多年仍未迎来产业化春天还有其他原因：人才严重短缺；比较优势不明显；设备和材料成本高；技术本身处于不断完善和成熟过程；涉及硬件、软件、材料、工艺过程、核心部件对未来有依赖性、产品规范标准问题；精度、效率及产业链配套的制约等。

如何实现产业化大爆发

设备大型化

在工业领域，对钛合金、高强钢、高温合金及铝合金等大尺寸复杂精密构件的制造提出更高要求[5]。目前现有的金属3D打印设备成形空间难以满足大尺寸复杂精密工业产品的制造需求，在某种程度上制约3D打印技术的应用范围。因此，开发大幅面金属3D打印设备将成为一个发展方向。

材料多元化

以金属3D打印为例，能够实现打印的材料仅仅为不锈钢、高温合金、钛合金、模具钢以及铝合金等几种最为常规的材料。3D打印仍然需要不断地开发新材料，使3D打印材料向多元化发展，并能够建立相应的材料供应体系，这将拓宽3D打印技术应用场合。

助力深空探测

月面设施构件3D打印技术是利用月球原位资源，采用3D打印技术就地生产月面设施构件，是未来建立大型永久性月球基地的有效途径。该方法能利用原位资源制造3D打印所需的粉末材料，继而采用3D打印设备直接打印出月面设施构件，降低地球发射成本，并可利用月球基地的原位资源探索更远的空间目标。

走入千家万户

随着3D打印技术的发展与成本的降低，3D打印技术走入千家万户不无可能。如你可以在家里打印一双鞋子；在你的车子里放着一台3D打印机，汽车的某个零件坏了，便可以及时打印一个重新装上等。

启动政策红利

在认识、适应、引领“新常态”的过程中，传统行业转型升级步伐加快、程度加深，如何将信息化、数控化前沿技术融入制造业，是当前经济领域的焦点。传统制造技术实现颠覆性创新，3D打印技术一直备受瞩目。《中国制造2025》战略推出以来，“以3D打印为突破口，提高制造创新能力”的呼声也日益突出。

3D打印除了上述方面向产业化爆发期发展外，工业3D打印生物医学也是一个新发展方向，但这需要更多的市场手段、更脚踏实地来推动研发和产业化；发挥国内在桌面3D打印方面的优势，涌现出更多新型公司；在金属3D打印上，悦瑞科技已从代理EOS发展到研发出小尺寸铜材质的3D打印；大力培育新动能，改造和提升传统动能；互联网连接及智能化也是大势所趋等。

目前，制约行业发展的不是核心技术，而是人们所持有的大局观。从概念普及到示范应用是一个长期的过程。未来，也许一款新手机或者智能机器人可完成材料打印、材料组合、产品组装整个制造过程。3D打印技术最终将会从辅助生产手段变成重要的生产工具，关键是找准比较优势而不是一味想着颠覆，传统生产解决批量化问题，3D打印解决个性化和定制化需求，这契合工业4.0[6]要求。同时，3D打印发展离不开创新性思维，只有创新才能引领发展，只有创新才能帮助客户实现更大的价值，获得更多的市场份额[7]。

[1]张晓龙.3D打印技术下对复制权的思考[J].河南工业大学学报(社会科学版),2015,04:67-70+75.

[2]王长兴.3D打印优劣势之我见[J].中国美术,2016,03:53-54.

[3]吴平.3D打印技术及其未来发展趋势[J].印刷质量与标准化,2014,01:8-10.

[4]朱则刚.创新引领制造产业市场未来科技支撑3D打印技术发展[J].办公自动化,2015,07:32-37.

[5]芦欣.3D打印应成为未来高等教育发展的新常态[J].价值工程,2015,35:166-168.

[6]陈宏.工业4.0的发展[J].科技展望，2016,12:3-17.

[7]杨启森.3D打印:一切皆有可能![J].智能制造,2016,04:18-19.

（作者单位 曲阜师范大学）

10.19436/j.cnki.1007-2160.2017.01.03