3D打印技術(shù)，也就是增材制造技術(shù)，自1980年代便以某種形式存在。然而，3D打印技術(shù)至今仍舊無法開展或無法以成本效益的方式開展大部分成品生產(chǎn)或大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。人們越來越期望，3D打印技術(shù)的這些缺點在不久的將來都會被克服。
一系列的技術(shù)發(fā)展趨勢正證實著人們的期望。目前，新興的中級3D打印機開始具備高端系統(tǒng)功能的同時，保證了桌上型尺寸和低價位。在不同產(chǎn)品范圍內(nèi)，3D打印機的速度不斷提升。目前正在研制的高端系統(tǒng)可提供的打印速度比現(xiàn)有的頂尖機器的速度要快500倍。然而，因為關(guān)鍵的專利技術(shù)快要到期，這一現(xiàn)象可能會加快創(chuàng)新的腳步。
最近的一項PwC調(diào)查便調(diào)查了多于100個工業(yè)制造商。其中，三分之二的工業(yè)制造商已經(jīng)在使用3D打印技術(shù)（見圖1）；大多數(shù)的制造商仍然只是在試用3D打印技術(shù)或?qū)⑵溆糜诳焖俪尚汀Ｗ?D打印技術(shù)開發(fā)以來，快速成型便是重心。市場調(diào)研公司“易觀國際”專注于預(yù)測未來的發(fā)展；其預(yù)測，3D打印機和服務(wù)的全球市場在2018年會上升到162億美元（2013年只有25億美元），實現(xiàn)45.7%的復(fù)合年增長率（CAGR）。
盡管3D打印技術(shù)具有以上發(fā)展趨勢，3D打印行業(yè)也面臨著挑戰(zhàn)?？焖俪尚偷牡匚蝗耘f重要，但是其不再是可以將技術(shù)變?yōu)榇笠?guī)模使用的“游戲規(guī)則改變者”了。3D打印行業(yè)需要著重于打印功能更加完善的成品或元件，而且打印的數(shù)量要遠遠超出原型產(chǎn)出數(shù)量。比如，助聽器和牙套制造商便采用了成品技術(shù)。此外，3D打印需要補充或取代傳統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品和元件，并創(chuàng)造出無法由其他方式生產(chǎn)的物品。
你的公司目前是如何應(yīng)用3D打印技術(shù)的？
試用階段，決定是否采用
只用于原型設(shè)計
原型設(shè)計和生產(chǎn)
生產(chǎn)無法用傳統(tǒng)方法制造的產(chǎn)品
只用于成品/最終元件的生產(chǎn)
沒有采用
來源：PwC和Zpryme調(diào)研和分析
1.易觀國際在2014年3月31日的新聞稿中說道：“3D打印市場在2018年會增長到162億美元。”
表1：3D打印技術(shù)在不同行業(yè)的最新利用
為改進設(shè)計和生產(chǎn)策略，很多產(chǎn)業(yè)都在使用市面上的3D打印解決方案（見表1）。通過打印機和打印方法、設(shè)計和打印軟件以及打印材料這三方面的統(tǒng)籌發(fā)展，3D打印技術(shù)在未來會不斷發(fā)展。此期《PwC技術(shù)預(yù)測》便針對以上三個方面展開了調(diào)查。本文評估了3D打印機和打印方法在性能、多材質(zhì)管理以及生產(chǎn)成品能力方面的發(fā)展趨勢。未來的文章會調(diào)查軟件和材質(zhì)本身。
3D打印行業(yè)的最新狀況
在3D打印中，成千上萬層材質(zhì)會疊加到其他材質(zhì)或“墨水”（最常見的為塑料聚合物或金屬）的層面之上進行打印。很多打印技術(shù)通常都需依靠于材料（見花絮報道“3D打印技術(shù)”）。比如，熔絲制造（FFF）就利用了塑料、涉及到光敏聚合物的立體光刻、金屬激光燒結(jié)等等。
術(shù)語“墨水”指的是在3D打印中從噴嘴中擠壓出或噴出的材料。除了噴墨式打印方法，“墨水”術(shù)語還適用于其他方法。
3D打印技術(shù)
立體光刻（SLA）：此3D打印技術(shù)利用紫外線光束來硬化液體樹脂，進行逐層連接。
熔絲制造（FFF）：融化熱塑流會從噴嘴中擠壓出，形成一層層材料；每一層都會與前一層相連接。常見的墨水包括ABS（丙烯脯二乙烯丁二烯樹脂）和聚乳酸聚合物。
選區(qū)激光熔化（SLM）：SLM類似于SLS；不同點便是SLM融化粉質(zhì)材料。粉末會在極高的溫度下被融化。
電子束熔化（EBM）：EBM類似于SLS，但是EBM利用電子束作為能量源。
目標分層制造（LOM）：在此加工過程中，材料（比如金屬、塑料或紙質(zhì)）的分層會逐層連接，后被切割成不同形狀。在一些情況下，切割后需進一步加工（比如，通過模具加工或鉆孔）來定型產(chǎn)品。
如今，面臨著快速成型的廣泛使用，3D打印機只有在以下三個方面得到一定發(fā)展，才可抓住快速成型領(lǐng)域之外的機遇：
性能：提高關(guān)鍵的性能，比如速度、分辨率、自動化操作、方便使用、可靠性和重復(fù)性。
多材質(zhì)功能和多樣化：結(jié)合多種不同材質(zhì)，包括在打印一個物品時混合使用多種材質(zhì)的能力。
成品：打印功能完善、具有多種組件的有源系統(tǒng)的功能。組件可包括內(nèi)嵌式感應(yīng)器、電池、電子器件、微電機系統(tǒng)（MEMS）等等。
如今，3D打印機只要集中于兩個極端：高成本—高性能、低成本—低性能（見表2）。高端打印機通常都是針對企業(yè)和3D打印服務(wù)部門的；而低端打印機通常都是公開源代碼RepRap打印機的衍生品，針對消費者和業(yè)余愛好者。
在過去的一年里，中級打印機得以面世。很多新進入者和著名供應(yīng)商的中級打印機都具有較多的高端性能，而價格又較低。比如，F(xiàn)SL3D和Formlabs的打印機就具有加高的分辨率而較小的機型，使用立體光刻技術(shù)，只需幾千美金。MarkForged的臺式打印機可利用碳纖維復(fù)合材料進行打印，其價值不到5000美金。CubeJet的3D打印系統(tǒng)的定價也低于5000美金，可打印多彩物品，在保證低價的同時還提供了專業(yè)的性能。
3.RepRap是最老的臺式3D打印機之一，可應(yīng)用于任何機器。RepRap 3D打印機可精確仿制任何機器。
4.布萊恩黑特：“CubeJet可提供專業(yè)的3D打印技術(shù)，具有符合消費者要求的規(guī)格，而其定價低于5000美金。”
圖2：打印機新興市場正在定義一種新類別：高性能、低價位
很多特點都決定著打印機的性能，但是打印機的關(guān)鍵挑戰(zhàn)便是速度和易用性
顧能公司預(yù)測，在2016年年底，價值（功能和性能）符合企業(yè)和其他機構(gòu)要求的3D打印機會得以開發(fā)，而其定價低于1000美元。我們也可以期待，打印機在未來幾年會得到加速發(fā)展，盡管不同打印技術(shù)和不同供應(yīng)商的發(fā)展程度和性質(zhì)會有很大不同。
3D打印性能的發(fā)展趨勢
雖然很多特點都決定著打印機的性能，但是打印機的關(guān)鍵挑戰(zhàn)便是速度和易用性。
人們期望打印機的打印速度可以更快
即使是簡單商品，3D打印的時間還是很長，一般需要幾個小時，有時甚至是幾天。漸進式改善以及可能改變強度的打印方法可加快打印機的打印速度。“由很多方法可以加快打印速度，我們可以使用高質(zhì)量原件，也可優(yōu)化激光器的設(shè)計和運動，”FSL3D的首席工程師安德魯?博格利說。FSL3D是臺式立體光刻打印機的供應(yīng)商。比如，F(xiàn)orm1+是Formlabs的立體光刻打印機，其中的激光器比前一代打印機Form1中的激光器強大四倍，打印的速度比Form1快50%。
如今大多數(shù)的打印機都使用單個打印頭來放置材料?？杀ＷC同時打印的打印頭的引入可更快地噴出材料，從而加快打印速度，同時又可結(jié)合多種不同材料或不同顏色的同種材料。在一個打印頭打印一件物品的時間內(nèi)，多個打印頭的設(shè)計還可復(fù)制多件該物品。蘇子和打印頭的增多，打印速度也會成正比的增大。
5.Pete Basiliere：“3D打印技術(shù)如何影響商業(yè)并創(chuàng)造新機遇？”
6.Signe Brewater：“Formlabs發(fā)行Form1+——更快、更可靠的SLA 3D打印機”
“這些（業(yè)務(wù)3D）打印機的個人維修費比人們所適應(yīng)的家電維修費貴得多。”密歇根理工大學(xué)教授約書亞皮亞斯說。
在打印大型物品時，速度對打印機來說尤其是個挑戰(zhàn)。大型物品需要更多材料從打印機噴頭中擠壓出，而打印機噴頭的材料處理速度通常都是一定的。國立橡樹嶺實驗室和機床生產(chǎn)商辛辛那提股份有限公司便展開合作力求解決這個問題。目前，這兩個機構(gòu)正在開發(fā)一個大型疊層制造系統(tǒng)。該設(shè)計結(jié)合了較大的噴頭（可更快地噴出聚合物）、高速激光切割器（可在英尺范圍內(nèi)工作，而不再局限于英寸范圍內(nèi)工作）和高速電機（當(dāng)打印頭進入范圍內(nèi)加快打印頭移動速度）。最終，兩個機構(gòu)開發(fā)出的系統(tǒng)能夠以比現(xiàn)有疊層機器快200—500倍的速度打印大10倍的聚合物原件。
為控制打印頭的運動，3D打印機使用了不同方法或架構(gòu)。笛卡爾打印機的配置在如今非常流行，其打印頭在平面上可在兩個向度上移動。Deltabor打印機（也叫作三角型機器人打印機）的機械手臂是平行四邊形，就像一個機器人（見圖3）。“三角型打印機基本上要優(yōu)于笛卡爾打印機，因為三角型打印機可帶來顯著利益，其中之一便是速度，”密歇根理工大學(xué)（MTU）副教授約書亞皮亞斯預(yù)測道。約書亞皮亞斯也是公開源代碼3D打印機的活躍開發(fā)人員。三角型的配置可帶來更快的速度，因為其打印頭更輕，在兩點之間移動時會采用更短的路徑。
打印機會愈發(fā)自動化、更易使用
現(xiàn)有的3D打印機可自動執(zhí)行不同的任務(wù)。然而，一些針對業(yè)務(wù)愛好者的打印機要求打印頭定期清洗，要求底座保持水平，要求人工修補，要求人工監(jiān)督以將誤差最小化。“這些打印機的個人維修費比人們所適應(yīng)的家電維修費貴得多，”約書亞說。減小或消除人類元素是有可能的，而且這也是未來幾年創(chuàng)新的關(guān)鍵。
