3D打印技術，也就是增材制造技術，自1980年代便以某種形式存在。然而，3D打印技術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打印技術的這些缺點在不久的將來都會被克服。
一系列的技術發(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，因為關鍵的專利技術快要到期，這一現(xiàn)象可能會加快創(chuàng)新的腳步。
最近的一項PwC調查便調查了多于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（見圖1）；大多數(shù)的制造商仍然只是在試用3D打印技術或將其用于快速成型。自3D打印技術開發(fā)以來，快速成型便是重心。市場調研公司“易觀國際”專注于預測未來的發(fā)展；其預測，3D打印機和服務的全球市場在2018年會上升到162億美元（2013年只有25億美元），實現(xiàn)45.7%的復合年增長率（CAGR）。
盡管3D打印技術具有以上發(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。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用3D打印技術的？
試用階段，決定是否采用
只用于原型設計
原型設計和生產(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打印技術在不同行業(yè)的最新利用
為改進設計和生產(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打印技術在未來會不斷發(fā)展。此期《PwC技術預測》便針對以上三個方面展開了調查。本文評估了3D打印機和打印方法在性能、多材質管理以及生產(chǎn)成品能力方面的發(fā)展趨勢。未來的文章會調查軟件和材質本身。
3D打印行業(yè)的最新狀況
在3D打印中，成千上萬層材質會疊加到其他材質或“墨水”（最常見的為塑料聚合物或金屬）的層面之上進行打印。很多打印技術通常都需依靠于材料（見花絮報道“3D打印技術”）。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、金屬激光燒結等等。
術語“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”術語還適用于其他方法。
3D打印技術
立體光刻（SLA）：此3D打印技術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）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域之外的機遇：
性能：提高關鍵的性能，比如速度、分辨率、自動化操作、方便使用、可靠性和重復性。
多材質功能和多樣化：結合多種不同材質，包括在打印一個物品時混合使用多種材質的能力。
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，只需幾千美金。MarkForged的臺式打印機可利用碳纖維復合材料進行打印，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，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，但是打印機的關鍵挑戰(zhàn)便是速度和易用性
顧能公司預測，在2016年年底，價值（功能和性能）符合企業(yè)和其他機構要求的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，盡管不同打印技術和不同供應商的發(fā)展程度和性質會有很大不同。
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，我們可以使用高質量原件，也可優(yōu)化激光器的設計和運動，”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。可保證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)，多個打印頭的設計還可復制多件該物品。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3D）打印機的個人維修費比人們所適應的家電維修費貴得多。”密歇根理工大學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，這兩個機構正在開發(fā)一個大型疊層制造系統(tǒng)。該設計結合了較大的噴頭（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（當打印頭進入范圍內(nèi)加快打印頭移動速度）。最終，兩個機構開發(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。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（MTU）副教授約書亞皮亞斯預測道。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。然而，一些針對業(yè)務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)新的關鍵。
