摘要：3D打印技術(shù)作為第三次工業(yè)革命的代表技術(shù)之一，越來越受到工業(yè)界和投資界的重視。在分析全球3D打印技術(shù)商業(yè)化和應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，展望了3D打印技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)。最后指出，三維打印技術(shù)將深刻改變傳統(tǒng)工業(yè)的產(chǎn)業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化制造的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)、智能制造、快速制造、靈活性

1 3D打印技術(shù)的概念

3D打印(3D打印)技術(shù)，也稱為"材料添加制造"(添加劑制造)技術(shù)。3D打印與傳統(tǒng)的材料處理方法完全相反。基于三維CAD模型的數(shù)據(jù)，采用逐層添加的材料制造方法。采用三維物理實(shí)體模型的制作方法，與相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型完全一致。3D打印技術(shù)的內(nèi)容涵蓋了與產(chǎn)品生命周期前端“快速成型”和整個(gè)生產(chǎn)周期“快速制造”相關(guān)的所有打印工藝、技術(shù)、設(shè)備類別和應(yīng)用。三維打印涉及CAD建模、激光、測(cè)量、接口軟件、材料、數(shù)控、精密機(jī)械等學(xué)科的集成。

三維打印具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)字化制造：借助CAD等軟件將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)字化，將機(jī)器和設(shè)備加工制造轉(zhuǎn)化為設(shè)備。

(2)降維制造：即先將三維結(jié)構(gòu)的對(duì)象分解成二維分層結(jié)構(gòu)，再將三維對(duì)象逐層累積，使制造過程更加靈活。

直接制造：任何困難的零件都可以通過“打印”一次直接制造，而不需要模具或裝配、拼接和其他復(fù)雜的工藝來實(shí)現(xiàn)。

(4)快速制造：3D打印制造工藝短，全自動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)制造。

2 目前存在的主要問題

3D打印技術(shù)取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在以下問題。

耗材是制約3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前，可印刷材料很少。

23d打印機(jī)本身。由于三維打印技術(shù)的發(fā)展不完善，快速成型零件的精度和表面質(zhì)量不能滿足直接工程應(yīng)用的要求，只能作為原型。

33D打印的價(jià)格。目前，3D打印沒有規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，價(jià)格優(yōu)勢(shì)不明顯。

4.保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。3D打印技術(shù)的意義不僅在于改變資金和工作的分配模式，而且在于改變知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)則。

5 D打印機(jī)的操作技巧。3D打印技術(shù)需要依靠數(shù)字模型進(jìn)行生產(chǎn)，但普通用戶仍然難以學(xué)會(huì)使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具(CAD)。

政策。3 D技術(shù)的研發(fā)需要大量的政府投資或產(chǎn)業(yè)投入。

3 應(yīng)用領(lǐng)域與影響

3.1 全球商業(yè)化狀況

根據(jù)美國技術(shù)咨詢服務(wù)協(xié)會(huì)(American Association of Technical Advisory Services)沃勒協(xié)會(huì)(Wohlers Associates)發(fā)布的2012年年度報(bào)告，2011年全球3D打印行業(yè)銷售額為17.14億美元，目前該技術(shù)的市場(chǎng)滲透率為8%。因此，報(bào)告保守估計(jì)3D打印的市場(chǎng)機(jī)會(huì)為214億美元。樂觀主義者表示，目前的市場(chǎng)滲透率僅為1%，而3D印刷市場(chǎng)的機(jī)會(huì)為170億美元。目前，3D打印技術(shù)市場(chǎng)年增長率為29.4%。該行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)到2015年達(dá)到370億美元，到2019年將達(dá)到65億美元。

3D打印技術(shù)在中國起步并不晚。目前，我國3D打印技術(shù)的重要性已上升到戰(zhàn)略水平。政府出臺(tái)了一系列相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，支持各行業(yè)特別是高、精、前沿領(lǐng)域3D打印技術(shù)核心關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和推廣。

3.2 應(yīng)用領(lǐng)域

三維打印機(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。目前，3D打印技術(shù)已應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、文化藝術(shù)、機(jī)械制造、航空航天、軍事、建筑、家電、輕工、醫(yī)藥、雕塑、珠寶等領(lǐng)域。隨著技術(shù)本身的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)擴(kuò)大。這些應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下八個(gè)方面：

(一)電子器件的設(shè)計(jì)和制造;

(2)制造工藝及裝配檢驗(yàn);

(3)功能樣品的制備和性能測(cè)試;

(4)快速工裝小批量制造;

建筑物整體結(jié)構(gòu)和裝飾的評(píng)價(jià);

(五)科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)實(shí)體的可視化;

醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)工程;

⑧ 動(dòng)漫造型評(píng)價(jià)。

3.3 對(duì)人類生產(chǎn)生活方式的影響

3D打印技術(shù)的應(yīng)用將從以下三個(gè)方面深刻改變傳統(tǒng)的制造形式。

首先，在制造過程中發(fā)生了深刻的變化。3D打印改變了原材料切割組裝的加工方式，節(jié)省了材料和加工時(shí)間。

二是推動(dòng)制造業(yè)技術(shù)的跨越式發(fā)展。3D打印技術(shù)是集CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、光化學(xué)、控制、網(wǎng)絡(luò)和材料科學(xué)等多方面技術(shù)和知識(shí)為一體，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高新技術(shù)。

第三，制造業(yè)模式發(fā)生了革命性的變化。3D打印可以改變以第二次工業(yè)革命中生產(chǎn)的流水線為代表的大規(guī)模生產(chǎn)模式，使產(chǎn)品的生產(chǎn)轉(zhuǎn)向個(gè)性化和定制。

4 結(jié)束語

隨著3D打印技術(shù)和商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，"大規(guī)模定制"將成為一個(gè)重要的生產(chǎn)模式。3D打印與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)緊密結(jié)合，將形成新的細(xì)分產(chǎn)業(yè)和新的商業(yè)模式，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。三維打印技術(shù)的發(fā)展所帶來的產(chǎn)品技術(shù)、制造技術(shù)和管理技術(shù)使企業(yè)有能力快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定制、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)、本地生產(chǎn)和銷售的協(xié)同新生產(chǎn)方式，使生產(chǎn)模式、商業(yè)模式等發(fā)生根本性的變化。