近日，英國(guó)雜志《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》對(duì)3D打印技術(shù)和發(fā)展做了介紹和展望，文章認(rèn)為，3D打印技術(shù)未來(lái)的發(fā)展將使大規(guī)模的個(gè)性化生產(chǎn)成為可能，這將會(huì)帶來(lái)全球制造業(yè)的重大變革。同時(shí)，很多新聞媒體樂(lè)觀地認(rèn)為，3D打印產(chǎn)業(yè)將成為下一個(gè)具有廣闊前景的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。

 

　　3D打印機(jī)原理

 

　　3D打印機(jī)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(duì)象是通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來(lái)。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、易用性高等優(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、疊加成型，即通過(guò)逐層增加材料來(lái)生產(chǎn)3D實(shí)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(jī)”是參照了其技術(shù)原理，因?yàn)槠浞謱蛹庸さ倪^(guò)程與噴墨打印十分相似，隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷進(jìn)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(jī)就像普通打印一樣，輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳到一臺(tái)噴墨打印機(jī)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(shí)，軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jī)上，后者會(huì)將連續(xù)的薄膜層面堆疊起來(lái)，直到一個(gè)固態(tài)物體成型。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料。

 

　　3D打印機(jī)工作步驟

 

　　3D打印機(jī)工作步驟是使用CAD軟件來(lái)創(chuàng)建物品，如果你有現(xiàn)成的模型也可以，比如動(dòng)物模型、人物、微型建筑等。然后通過(guò)SD卡或者U盤(pán)把它拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印機(jī)設(shè)置后，就可以將其打印出來(lái)。

 

　　3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組、機(jī)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(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的三維立體模型，然后進(jìn)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(lái)完成3D實(shí)體打印。每一層的打印過(guò)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(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)域仍然保持松散。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，而剩余的粉末還能循環(huán)使用。

 

　　3D打印機(jī)的發(fā)展前景

 

　　3D打印機(jī)的應(yīng)用對(duì)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(rèn)為，3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、教育以及制造業(yè)。

 

　　根據(jù)國(guó)際快速制造行業(yè)權(quán)威報(bào)《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(zhǎng)速度。報(bào)告預(yù)期，3D打印產(chǎn)業(yè)未來(lái)仍將持續(xù)地增長(zhǎng)。到2016年，包含設(shè)備制造和服務(wù)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到31億美元，2020年將達(dá)到52億美元。

 

　　但3D打印技術(shù)要進(jìn)一步擴(kuò)展其產(chǎn)業(yè)應(yīng)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(jī)造價(jià)仍普遍較為昂貴，給其進(jìn)一步普及應(yīng)用帶來(lái)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(xué)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(yuǎn)不能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機(jī)工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴(yán)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(fù)制和擴(kuò)散，制造業(yè)面對(duì)的盜版風(fēng)險(xiǎn)大增，現(xiàn)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制難以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)未來(lái)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(bào)告判斷：3D打印技術(shù)目前正在進(jìn)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(chǎng)也有待進(jìn)一步培育。Gartner公司研究人員認(rèn)為，3D打印技術(shù)成熟到適應(yīng)市場(chǎng)需求還將需要5～10年的時(shí)間。在這一段較為漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，產(chǎn)業(yè)可能會(huì)面臨增長(zhǎng)期望落空、技術(shù)遭遇瓶頸以及投資撤離等風(fēng)險(xiǎn)。

 

　　總之，從中長(zhǎng)期來(lái)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(duì)3D打印領(lǐng)域的投入應(yīng)以加強(qiáng)創(chuàng)新研發(fā)、技術(shù)引進(jìn)和儲(chǔ)備為主，尤其要重視自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的建設(shè)和維護(hù)，爭(zhēng)取在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位。

 

　　3D打印技術(shù)未來(lái)發(fā)展的最主要趨勢(shì)

 

　　隨著智能制造的進(jìn)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(yīng)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(lái)，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(shì)。

 

　　提升3D打印的速度、效率和精度，開(kāi)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(xué)和物理性能，以實(shí)現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開(kāi)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(fù)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(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn)；3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作簡(jiǎn)便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造；拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車(chē)輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)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(jìn)了打印行業(yè)的發(fā)展，未來(lái)的打印行業(yè)必有它的一片天地。