桌面级3D打印机的技术发展及应用前景

田韬毓+关忻

摘 要：3D打印是快速成型技术的一种，先建立一个相应的数字模型，然后运用粉末状金属或塑料或其他可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。在对已有的3D打印技术以及现有的市场需求进行分析之后，本文对桌面级3D 打印机的全球商业化状况进行了简要的概括，進一步展望了对于桌面级3D 打印机的市场需求。

关键词：3D打印；工业级；桌面级；快速成型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.208

0 引言

3D打印技术是指在一定的技术支持下，通过对已构建的三维模型进行连续的物理层叠加，并逐层增加材料来完成由数据模型到三维实体的过程。与传统的去除材料加工技术（如雕刻、铸造等）不同，因此又叫添加制造（Additive Manufacturing或AM）。3D打印技术是集数字建模、机械控制、材料学以及信息技术等一系列尖端前沿知识为一体的新型技术。3D打印机是由控制机械以及计算机技术等构成的复杂机电一体化系统，主要由数字控制系统、机械控制、喷射系统快速成型系统组成。此外，新型材料技术、工艺成型技术、控制界面、人机交互等也是其重要部分。

3D打印机出现于上个世纪90年代，最初是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。与普通打印原理相同，机器内部装有打印材料，由电脑控制，材料一层层叠加，最终将计算机里的“蓝图”转变成为实体。这种技术称为3D立体打印。

1 常见的3D打印技术有以下几种

2 3D打印机的分类

“桌面级”也就是“个人消费级”，对应的则是“非消费级”，也就是”工业级”而区分主要在成型材料以及工艺。目前可用材料十分广泛，材质大致可以分为金属、塑料、树脂，使用范围甚至有出现生物材料的3D打印。

桌面机由于使用环境及使用对象的限制，材料本身要相对安全，因而大多选用ABS和PLA塑料。而工业机所用的材料大不相同，比如熔点在1400℃左右的金属粉末。所以用料温度区别了两种打印机。

工业机一般体积庞大，要受到加温设备安全措施以及成型尺寸等因素的影响，所以打印尺寸较大的一般都是工业机。

打印精度就二者的区分而言并不明显。桌面机目前有FDM、SLA两种技术，就技术而言桌面机和工业机相差不大。精度的最小分辨率由打印机材料挤出口大小决定，基本都在0.3-0.6mm之间，模型的厚层由纵向的Z轴决定，桌面机多用步进电机，工业机则采用伺服电机，在打印过程中避免了失步等导致的精度失真问题。

工业机和桌面机的一个重要区分是打印速度，由于桌面机的成本限制，大多采用数据处理速度较为落后的16位和32 位芯片作为主控芯片，而工业机的处理芯片大多是64位，所以在扫描速度上工业机要远快于桌面机。

3 桌面机的发展前景

据研究表明，整个大行业在2015年价值约为48亿美元，预计到2020 年，其市场价值将会达到205亿美元。而相较于规模不断扩大的桌面机行业，以下的两点将会对这一现象侧重解释。

3.1 科学技术的发展

据调查研究表明，桌面机正快速接近其同行中更高级别的3D打印机的水平。从最开始的原型机到现在广为普及的ABS打印机，打印材料的普及大大降低了桌面机的运营成本。

3.2 更为广阔的市场需求

虽然桌面机最开始使用只限于爱好者和教育目的，然而在进入市场后就受到了很大的关注，除了最开始的教学实验室的基础研究需求，现今的市场已经遍布工程、产品设计、艺术、珠宝、牙科以及消费品等。在可预见的未来，更具成本效益的熔丝制造（FFF）技术将会占据3D打印市场的主导地位。除此之外，美国、西欧、日本以及中国都将会成为3D打印机的大量采购地区。所以说桌面级3D打印机的市场需求非常广阔。

3.3 服务型需求

提到服务类的需求，就不得不提说桌面机一个非常显著的特性即能够高度满足客户的个性化需求。严格意义上来讲这并不是桌面机的一个特点，所有的3D打印机都可以满足此类需求，但是随着科学技术的普及，人们的需求层次也得到了提高，越来越多的客户更加倾向于自己的个性化定制。所以我们有理由相信在不久的将来，随着越来越多的个性化需求的增加，桌面机将会有越来越大的市场需求。

4 结束语

随着3D打印技术的快速发展，伴随着人们日益增长的个性化需求，桌面级3D打印机必将从3D打印家族中脱颖而出，大批量的个性化定制将成为日后重要的生产模式。与现代服务业的紧密结合也将催生出新的产业以及商业模式，创造新的经济增长点。桌面级3D打印机的发展所带来的产品技术、制造技术也会使得人们的生活带来质的改变。

作者简介：田韬毓（1991-），男，研究方向：产品设计与人机交互。