幾年前，3D打印技術(shù)大火，整個(gè)社會(huì )都在討論它，很多高校借此東風(fēng)開(kāi)設了相關(guān)專(zhuān)業(yè)，很多地方政府在財政補助、土地供應、貸款貼息、用水用電價(jià)格等各個(gè)方面都出臺了非常優(yōu)厚的政策。

此外，許多民營(yíng)資本也在蠢蠢欲動(dòng)，想趕快買(mǎi)上車(chē)票，生怕錯過(guò)這趟車(chē)，意圖分取一杯羹。

美好藍圖才剛剛畫(huà)好，突然一個(gè)激靈過(guò)來(lái)，夢(mèng)被驚醒。3D打印的這股熱潮逐漸冷卻，在各類(lèi)媒體上的曝光度少之又少，這不免讓大家又重新審視起來(lái)，它究竟怎么了?

一、什么是3D打印?

3D打印技術(shù)，萌芽于上世紀末期，發(fā)展于本世紀初。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構造物體的技術(shù)。

其基本原理是這樣的：利用3D建模軟件生成STL或STP模型文件(它們是3D打印機的標準三角語(yǔ)言)。3D成型機通過(guò)讀取、解析接收的STL文件，構建出由一系列三角形組成的網(wǎng)狀的3D模型，然后輸出指令，進(jìn)行打印，制成實(shí)物模型，有人把這種技術(shù)稱(chēng)為“增材制造”。(一般人理解起來(lái)可能有些復雜，下面會(huì )有具體實(shí)例說(shuō)明)

3D打印機

最早實(shí)現它的，是一個(gè)美國人。1983年3月9日，Charles W.Hull發(fā)明了世界上第一臺3D打印機。

1986年，Charles W.Hull在全球建立了一家生產(chǎn)3D打印設備的公司，即3D Systems。它開(kāi)發(fā)了現在通用的STL文件格式。

1988年，該公司推出了基于SL(立體聲光刻)技術(shù)的3D工業(yè)打印機。在此后的許多年里，世界上又先后推出了SLA(光敏樹(shù)脂選擇性固化)、SLS(粉末材料選擇性激光燒結)、FDM(熔融沉積)、3DP(3D噴射打印)、PUG(真空注型)等3D打印成型技術(shù)。

3D技術(shù)發(fā)展脈絡(luò )

在實(shí)際生產(chǎn)生活中，它運用得較為普遍。無(wú)論是航空航天科技，亦或是建筑領(lǐng)域、醫療行業(yè)，甚至是食品產(chǎn)業(yè)、生活用品，都能發(fā)現它的影子。

2011年，荷蘭醫生給一名83歲老人安裝了一塊用3D打印技術(shù)打印出來(lái)的金屬下頜骨。

3D打印骨骼

2017年3月，在沙特阿拉伯國王的見(jiàn)證下，我國建筑3D打印公司盈創(chuàng )與沙特Al Mobty承包公司簽署一百億人民幣的合同，盈創(chuàng )將在沙特建造三千萬(wàn)平方米的3D打印建筑，用于解決該國持續增長(cháng)的住房危機。

二、3D打印技術(shù)的流行和重視，不是沒(méi)有原因的。

1.與傳統制造方式相比，它帶來(lái)的是生產(chǎn)加工理念的革命性變革。它不光可以縮短加工制造周期，而且能大幅降低生產(chǎn)成本，特別是突破了傳統加工制造方法對復雜形狀加工的限制，使人類(lèi)在加工領(lǐng)域實(shí)現了自由。

事實(shí)上，3D打印技術(shù)的發(fā)明，就是Charles W.Hull為了縮短創(chuàng )建產(chǎn)品原型所需要的漫長(cháng)時(shí)間的結果。

2.在特殊領(lǐng)域的廣泛運用，是3D打印技術(shù)的顯著(zhù)特點(diǎn)。在醫療領(lǐng)域，特別是骨骼重建方面，3D打印技術(shù)使用得特別多。如有一位患者盆骨已經(jīng)壞死，上海交大附屬第九人民醫院用人工骨骼材料3D打印了一個(gè)骨盆，并且成功地移植到了患者體內，最終患者成功康復。

3D打印航天零件

當然，在航空航天領(lǐng)域的應用也非常廣泛。2016年4月，歐洲飛機制造商空客公司收到了他們的下一代空中客車(chē)A320neo客機的LEAP-1A發(fā)動(dòng)機，這是他們正式將使用3D打印的合金燃料噴嘴用于飛機引擎上。

我國的殲-20戰機的制造也運用了3D打印技術(shù)。

3.打印精度高。由于3D打印成品的可塑性非常強，從二維到三維均可實(shí)施，且由于它的生成原理屬于逐層打印，即完成一層再進(jìn)入下一層的打印加工，根據打印機的加工精度和特性，可以精確到600dpi，每層只有0.01的誤差，這個(gè)精度是相當高的。

3D打印的心臟

4.個(gè)性化定制是其極大優(yōu)勢。傳統的工業(yè)制造，都是大批量地生產(chǎn)，這才能保證產(chǎn)品成本足夠的低;否則，老百姓買(mǎi)不起，生產(chǎn)的東西賣(mài)不出去，就沒(méi)有市場(chǎng)。但3D打印技術(shù)的出現，讓個(gè)性化定制成為可能。

一方面，建模和打印技術(shù)讓它有較低成本的可能，另一方面，成本與定制件的大小體積成正比關(guān)系。這就是說(shuō)，同樣體積同樣材質(zhì)的東西，成本相差并不大。

從批量生產(chǎn)的角度看，均攤的無(wú)非是建模的成本，這使得批量生產(chǎn)和單件生產(chǎn)的成本相關(guān)不大。

中國制造

5.它是“中國制造2025”計劃中的重要一環(huán)。為了打造具有國際競爭力的制造業(yè)，提升我國綜合國力、保障國家安全、建設世界強國，我國政府推出了實(shí)施制造強國戰略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)，即《中國制造2025》計劃，確定以智能制造為主攻方向，涵蓋機器人、物流網(wǎng)等基于現代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等各類(lèi)產(chǎn)業(yè)。

其中，3D打印是該計劃的重中之重，在計劃全文中共出現6次，貫穿于背景介紹、國家制造業(yè)創(chuàng )新能力提升、信息化與工業(yè)化深度融合、重點(diǎn)領(lǐng)域突破發(fā)展等重要段落，并融入于推動(dòng)智能制造的主線(xiàn)，體現出我國對3D打印的重視程度，彰顯了在戰略層面我國對制造業(yè)發(fā)展面臨的形勢和環(huán)境的深刻理解。

三、雖然“3D打印”有著(zhù)傳統制造方式無(wú)可比擬的優(yōu)勢，但它存在的一些缺陷，卻實(shí)實(shí)在在地制約著(zhù)它的發(fā)展。

1.成本較高。高精度的3D打印機都是比較大型且昂貴,技術(shù)專(zhuān)利基本掌握在國外公司手中，要購買(mǎi)和取得技術(shù)許可都需要花費大量金錢(qián)。從3D打印應用的領(lǐng)域看，它主要用于航空航天、人體器官醫療、古董配飾等行業(yè)，這些都屬于高端制造業(yè)。

通常，傳統的加工制造無(wú)法完成任務(wù)，而且，它們本身就是專(zhuān)業(yè)性相當強、高成本、高附加值的行業(yè)，加工門(mén)檻高，只有非常有實(shí)力的公司才能涉足。

成本曲線(xiàn)

2.材料障礙是關(guān)鍵。我國的3D打印技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，技術(shù)逐漸成熟，實(shí)際應用成效顯著(zhù)，但是核心技術(shù)、核心零部件仍然受制于人，特別是關(guān)鍵打印材料技術(shù)還比較欠缺，基本依賴(lài)進(jìn)口的局面并未得到有效改觀(guān)，對3D打印產(chǎn)業(yè)的可持續發(fā)展造成致命影響。

因為對于任何一種制造技術(shù)而言，材料都是重中之重，都是基礎中的基礎。如果不能在材料端的研究取得突破，那么后續的技術(shù)發(fā)展也難以實(shí)現。

打印材料受制于人

3.產(chǎn)品層次低。除了幾個(gè)大型國有企業(yè)外，在參與并發(fā)展3D技術(shù)的都是較小的私人企業(yè)。為求企業(yè)生存，它們往往投入不多，抵御風(fēng)險的能力也不足，特別是在研發(fā)上的經(jīng)費更是捉襟見(jiàn)肘。于是，它們往往采用開(kāi)源代碼來(lái)完成工作。

REPRAP開(kāi)源項目是由英國巴斯大學(xué)Adrian Bowyer等人所發(fā)起，主要目的是希望能夠獨立設計和制作出一款面向所有普通用戶(hù)的3D打印機。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展目前已經(jīng)發(fā)展出三個(gè)版本?？梢哉f(shuō)，它們已經(jīng)規格化，入門(mén)快，成本低，就算是一個(gè)普通人也可以按照說(shuō)明書(shū)自己攢一臺。這導致簡(jiǎn)單桌面級的3D打印設備套件競爭十分激烈，而且產(chǎn)品的層次不高。但是這個(gè)行業(yè)的未來(lái)是在工業(yè)級市場(chǎng)。

特別是在前沿領(lǐng)域的投入不足，核心技術(shù)缺乏問(wèn)題非常嚴重。比如在納米3D打印技術(shù)方面，我國研發(fā)的力量不夠，基礎研究不多，無(wú)法創(chuàng )造未來(lái)優(yōu)勢技術(shù)。

工業(yè)級與開(kāi)源精度對比

若將3D技術(shù)應用于建筑業(yè)，當然可以大大提高工作效率。但是，在質(zhì)量檢驗和工程驗收時(shí)卻犯了難，因為，目前我國根本就沒(méi)有相應的技術(shù)標準去完成驗收，而只能采用傳統建筑業(yè)的標準。但是用傳統標準，顯然是無(wú)法完成這項工作的，因為，3D打印建筑是用纖維材料打印完成，可能根本就沒(méi)有鋼筋，但是現行的國家標準是決不允許發(fā)生這種事情的。

事實(shí)上，纖維材料的強度是鋼筋混凝土強度的3至5倍，但它會(huì )被舊標準評定為不合格的建筑，這顯然不太合理。重點(diǎn)突破高性能材料研發(fā)，提升增材制造專(zhuān)用材料質(zhì)量，開(kāi)展增材制造專(zhuān)用材料特性研究，鼓勵優(yōu)勢材料生產(chǎn)企業(yè)從事增材制造專(zhuān)用材料及研究成果轉化，這才是目前的重中之重。

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