近日，英國雜志《經(jīng)濟學人》對3D打印技術(shù)和發(fā)展做了介紹和展望，文章認為，3D打印技術(shù)未來的發(fā)展將使大規(guī)模的個性化生產(chǎn)成為可能，這將會帶來全球制造業(yè)的重大變革。同時，很多新聞媒體樂觀地認為，3D打印產(chǎn)業(yè)將成為下一個具有廣闊前景的朝陽產(chǎn)業(yè)。

 

　　3D打印機原理

 

　　3D打印機是添加制造技術(shù)的一種形式，在添加制造技術(shù)中三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來。3D打印機相對于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快、價格便宜、易用性高等優(yōu)點。3D打印機就是可以“打印”出真實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、疊加成型，即通過逐層增加材料來生產(chǎn)3D實體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)完全不同，稱之為“打印機”是參照了其技術(shù)原理，因為其分層加工的過程與噴墨打印十分相似，隨著這項技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)在已能生產(chǎn)出與原型的外觀和功能極為接近的3D模型。使用3D打印機就像普通打印一樣，輕點電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳到一臺噴墨打印機上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一幅二維圖像。而在3D打印時，軟件通過計算機輔助設(shè)計技術(shù)CAD，完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上，后者會將連續(xù)的薄膜層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成型。3D打印機與傳統(tǒng)打印機最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。

 

　　3D打印機工作步驟

 

　　3D打印機工作步驟是使用CAD軟件來創(chuàng)建物品，如果你有現(xiàn)成的模型也可以，比如動物模型、人物、微型建筑等。然后通過SD卡或者U盤把它拷貝到3D打印機中，進行打印機設(shè)置后，就可以將其打印出來。

 

　　3D打印機的工作原理和傳統(tǒng)打印機基本一樣，都是由控制組、機械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等構(gòu)架組成，打印原理是一樣的。3D打印機主要是在打印前在電腦上設(shè)計了一個完整的三維立體模型，然后進行打印輸出。3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來完成3D實體打印。每一層的打印過程分為2步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液體本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍然保持松散。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余的粉末還能循環(huán)使用。

 

　　3D打印機的發(fā)展前景

 

　　3D打印機的應用對象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Objet公司認為，3D打印機需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國防、醫(yī)療設(shè)備、教育以及制造業(yè)。

 

　　根據(jù)國際快速制造行業(yè)權(quán)威報《WohlersReport2011》發(fā)布的調(diào)查結(jié)果，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增長速度。報告預期，3D打印產(chǎn)業(yè)未來仍將持續(xù)地增長。到2016年，包含設(shè)備制造和服務在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達到31億美元，2020年將達到52億美元。

 

　　但3D打印技術(shù)要進一步擴展其產(chǎn)業(yè)應用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現(xiàn)有3D打印機造價仍普遍較為昂貴，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，選擇的局限性較大，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如人意，打印效率遠不能適應大規(guī)模生產(chǎn)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沖突；四是產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，3D打印技術(shù)的普及將使產(chǎn)品更容易被復制和擴散，制造業(yè)面對的盜版風險大增，現(xiàn)有知識產(chǎn)權(quán)保護機制難以適應產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的需求。

 

　　Gartner公司2011年發(fā)布的最新技術(shù)發(fā)展展望報告判斷：3D打印技術(shù)目前正在進入概念炒作的高峰階段，其技術(shù)還有待充分成熟，主流市場也有待進一步培育。Gartner公司研究人員認為，3D打印技術(shù)成熟到適應市場需求還將需要5～10年的時間。在這一段較為漫長的發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)可能會面臨增長期望落空、技術(shù)遭遇瓶頸以及投資撤離等風險。

 

　　總之，從中長期來看，3D打印產(chǎn)業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產(chǎn)業(yè)距離成熟階段尚有較大距離，因此，現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)界對3D打印領(lǐng)域的投入應以加強創(chuàng)新研發(fā)、技術(shù)引進和儲備為主，尤其要重視自主知識產(chǎn)權(quán)的建設(shè)和維護，爭取在未來的市場競爭中占據(jù)有利地位。

 

　　3D打印技術(shù)未來發(fā)展的最主要趨勢

 

　　隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)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，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學和物理性能，以實現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后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，操作簡便，更加適應分布化生產(chǎn)、設(shè)計與制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(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對接，實現(xiàn)設(shè)計者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠程在線制造；拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應用。

 

　　總之，3D打印技術(shù)的發(fā)展是除傳統(tǒng)印刷和數(shù)碼印刷以外的另一種高端技術(shù)，極大的推進了打印行業(yè)的發(fā)展，未來的打印行業(yè)必有它的一片天地。