第一篇：3d打印技术现状分析
我国3D打印技术发展现状及环境分析
摘要：3D打印技术已获得迅速发展，并受到世界各国广泛关注，基于目前3D打印技术发展的现实情况，着重分析我国3D打印技术发展现状以及面临的环境条件，并提出我国3D打印技术发展与应用的对策建议，以便为我国抢抓3D打印技术发展机遇提供重要技术支撑。
近年来，3D打印技术获得迅速发展，并受到世界各国的广泛关注，美国科学家将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”之一，有的甚至期望3D打印这种神奇的技术能带来“第三次工业革命”[1][2]。军事强国加大技术研发力度，3D打印技术成熟度及性能不断提升，3D打印精度和速度不断提高，打印成本越来越低，打印原材料更加丰富;主要国家积极探索3D打印技术在武器装备设计、制造和维修保障中的应用，已经通过3D打印技术成功“打印”出手枪;美军应用3D打印技术，辅助研制了导弹用的弹出式点火器模型;美国GE集团已应用3D打印技术制造喷气发动机[3]。随着世界各国不断加大对3D打印技术的研发与投入，我国也开始高度重视3D打印技术发展与应用，已持续加大对3D打印技术支持，在若干关键技术方向取得了重要突破，在多个领域的应用取得重要进展，3D打印技术发展的支撑环境条件更加完善。
一、我国3D打印技术发展现状
我国3D打印技术发展与发达国家相比，虽然在技术标准、技术水平、产业规模和产业链方面还存在大量有待改进和发展的地方，但经过多年的发展，已形成以高校为主体的技术研发力量布局，若干关键技术取得重要突破，产业发展开始起步，形成了小规模产业市场，并在多个领域成功应用，为下一步发展奠定了良好基础。
(一)初步建立以高校为主体的技术研发力量体系
自上世纪90年代初开始，北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校相继开展了3D打印技术研究，成为我国开展3D打印技术的主要力量，推动了我国3D打印技术的整体发展。北京航空航天大学“大型整体金属构件激光直接制造”教育部工程研究中心的王华明团队，西北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东团队主要开展金属材料激光净成形直接制造技术研究。清华大学生物制造与快速成形技术北京市重点实验室颜永年团队主要开展熔融沉积制造技术、电子束融化技术、3D生物打印技术研究。华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室史玉升团队主要从事塑性成形制造技术与装备、快速成形制造技术与装备、快速三维测量技术与装备等静压近净成形技术研究。西安交通大学制造系统工程国家重点实验室，以及快速制造技术及装备国家工程研究中心的卢秉恒院士团队主要从事高分子材料光固化3D打印技术及装备研究。[4] (二)整体实力不断提升，金属3D打印技术世界领先
我国增材制造技术从零起步，在广大科技人员的共同努力下，技术整体实力不断提升，在3D打印的主要技术领域都开展了研究，取得一大批重要的研究成果，特别是在高性能金属零件激光直接成形技术方面取得重大突破，技术水平达到世界领先。高性能金属零件激光直接成形技术世界领先，攻克了金属材料3D打印的变形、翘曲、开裂等关键问题，成为首个利用选择性激光烧结(SLS)技术制造大型金属零部件的国家。北京航空航天大学已掌握使用激光快速成形技术制造超过12平方米的复杂钛合金构件。西北工业大学的激光立体成形技术可一次打印超过5米的钛金属飞机部件，构件的综合性能达到或超过锻件。北京航空航天大学和西北工业大学的高性能金属零件激光直接成形技术已成功应用于制造我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框、大中央翼根肋，以及正在设计的第五代战斗机的钛合金主体结构，成功降低了飞机的结构重量，提高了战机的推重比，缩短了设计时间[5]。
(三)产业化进程加快，初步形成小规模产业市场
利用高校、科研院所的研究成果，依托相关技术研究机构，我国已涌现出20多家增材制造设备与服务企业。北京隆源自动成型系统有限公司，1993年开始研发选区粉末烧结激光快速成型机并取得自主知识产权，广泛应用于航空航天、船舶兵器等行业的设计试制部门;北京太尔时代科技有限公司自主研发了拥有完全自主知识产权的控制系统、机械系统、打印材料等3D打印机核心技术;紫金立德公司专业从事3D打印机及其耗材的开发、生产、销售，并提供相关服务;西安铂力特激光成形技术有限公司是激光快速成形技术的产业化公司，公司产品已在国家多项重点型号研制和生产过程中得到应用，如应用于C919大型商用客机中央翼身缘条钛合金构件的制造，是目前国内金属3D打印技术领先者;武汉滨湖机电技术产业有限公司主要生产LOM、SLA、SLS、SLM系列产品并进行技术服务和咨询，1994年就成功开发出我国第一台快速成型装备-薄材叠层快速成形系统，开发生产的大型激光快速制造装备具有国际领先水平，2013年，成功开发出全球首台工作台面1.4m*1.4m的四振镜激光器选择性激光粉末烧结装备，标志着其粉末烧结技术达到国际领先水平。据中国3D打印技术产业联盟数据，2012年，我国3D打印市场规模约为10亿元，2013年翻一翻达到20亿元，2014年达到50亿元[6]。未来几年，中国3D打印市场每年将至少以1倍以上的速度成长，规模或达百亿元。
(四)应用取得突破，在多个领域显示了良好的发展前景
随着关键技术的不断突破，以及产业的稳步发展，我国3D打印技术的应用也取得较好进展，已成功应用于设计、制造、维修等产品全寿命周期。一是在设计阶段，已成功将3D打印技术广泛应用于概念设计、原型制作、产品评审、功能验证等，显著缩短了设计时间，节约了研制经费。在研制歼-
15、歼-16和歼-31等战斗机过程中，利用金属3D打印快速制造钛合金主体结构，在一年之内连续组装出多款飞机进行飞行实验，显著缩短了研制时间[7]。运-20在做首飞前的静力试验时发现起落架连接部位一个很复杂的结构件出了问题，需要更换材料，重新加工。采用3D打印技术，在很短的时间内生产出了需要的部件，保证了试验如期进行。二是在制造领域，已将3D打印技术应用于飞机紧密部件和大型复杂结构件制造。我国国产大型客机C919的中央翼根肋、主风挡窗框都采用3D打印技术制造，显著降低了成本，节约了时间。C919主风挡窗框若采用传统工艺制造，国内制造能力尚无法满足，必须向国外订购，时间至少需要2年，模具费需要1300万元。采用激光快速成形3D打印技术制造，时间缩短到2个月内，成本降低到120万元。三是在维修保障领域，3D打印技术已成功应用于飞机部件维修。当前，我国已将3D打印技术应用于制造过程中报废和使用过程中受损的航空发动机叶片的修复，以及大型齿轮的修复。以大型舰船伴随保障为背景的3D打印技术973项目成功立项，将对3D打印应用于伴随保障的重大基础问题进行研究。
二、我国3D打印技术发展面临的环境 随着技术的不断发展及广泛应用，3D打印技术受到越来越多的重视，我国3D打印技术发展的机遇和挑战并存。
(一)我国已对3D打印技术高度重视与大力支持，为3D打印技术发展提供了有力的政策支撑环境
当前，我国正大力推进经济发展模式转型，高端制造业成为工业发展的重要方向，3D打印已经开始受到国家的高度重视，3D打印技术发展已被提升到国家战略层面，有关部门正在制定支持3D打印产业发展的专项政策。2013年国庆前夕，中共中央政治局以实施创新驱动发展战略为主题开展第九次集体学习，学习期间，中央领导专门考察了中关村与3D打印相关的研发和生产企业，表明我国上层开始重视3D打印技术的发展。科技部最新制定的《国家高技术研究发展计划》、《国家科技支撑计划制造领域2014备选项目征集指南》中，也明确提出系列支持3D打印技术发展的政策，提出把“3D打印关键技术、装备研制聚焦航空航天、模具领域的需求”作为重点研究，力求突破3D打印制造技术中的核心关键技术。此外，国家在《2013年产业振兴和技术改造专项重点专题》，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，《国务院关于印发工业转型升级规划(2011-2015年)》，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，《高端装备制造业“十二五”发展规划》等文件中，都提出要加大对3D打印技术的支持力度。随着党和国家的高度重视，必将带动全社会对3D打印技术的重视，政府和企业对3D打印技术的研发投入也必将大幅增长，为我国3D打印技术的发展提供良好的条件，吸引越来越多的科技工作者投身于3D打印技术的研究，快速攻克制约3D打印技术发展的技术瓶颈，为我国3D打印技术的发展提供不竭的动力。
(二)我国已具备良好的技术基础，为3D打印技术发展与应用奠定了坚实的基础 经过多年的发展，我国的3D打印技术已具备较好的基础。世界上，3D打印技术仍处在技术发展初期，我国与技术先进国家的差距较小，为我国3D打印技术发展提供了难得的历史机遇。从上世纪末开始3D打印技术研究，经过多年的积累，形成了一批稳定的研究机构和专家队伍，突破了一批关键技术，建成了一批重要的研究基地，创建了一批产业公司，我国3D打印技术发展已经具备赶超发达国家的技术基础。北京航空航天大学、西北工业大学的金属材料激光快速成形技术攻克了长期制约金属材料3D打印的关键技术问题，成功应用于航空领域，技术水平居世界领先地位，为下一步发展奠定了技术基础。北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学、西安交通大学和中航工业北京航空制造工程研究所等高校和科研结构形成了一批高水平专家队伍，为下一步发展奠定了人才基础。北京隆源自动成型系统有限公司、北京太尔时代科技有限公司，西安铂力特激光成形技术有限公司、华曙高科和武汉滨湖机电技术产业有限公司等3D打印公司形成了自己的产品特色，业务稳步增长，为3D打印技术的产业化发展奠定了产业基础。发达国家3D打印技术仍不成熟，为我国3D打印技术留下了赶超的时间窗口。总体上，3D打印技术仍处于技术积累期，尚有大量核心关键技术待攻克和突破，整体技术水平还有待提升，产业模式还有待拓展，相对传统高级制造业，发达国家在技术上领先幅度并不大，为我国赶超世界先进技术水平留下了机会。 (三)我军武器装备发展模式正在向自主创新转变，对3D打印技术的发展提出了迫切需求
当前，新一轮工业革命已经吹响了号角，新型数字化制造特别是3D打印技术的发展为新工业革命的即将来临提供了无限遐想，我国正在按照国防和军队现代化建设“三步走”战略构想，加紧完成机械化和信息化建设双重历史任务，国防科技和武器装备的发展模式正在由跟踪模仿向自主创新转变，对3D打印技术的发展提出了迫切的需求。3D打印技术是满足武器装备研制对快速制造需求的有效手段。近年来，新型武器装备的研制显著提速，仅仅在航空领域就有歼-20、歼-
15、歼-
31、运-20等多种型号军用飞机在同步研制。复杂武器装备研制是一个重复迭代过程，每一轮设计调整到实验都需要制造原型机，传统制造方式需要制造模具，时间长、花费多，常常造成新型武器装备研制周期长、成本高。3D打印技术可直接根据数字化设计制造零件，可以大大节约样品制作时间，极大地缩短产品的研制周期，降低研制成本。3D打印技术是满足高性能武器装备生产对复杂结构制造需求的有效手段。3D打印技术几乎可以成型任意形状的零件，特别适用于制造具有复杂内部结构的零件，如制造复杂的钛合金结构部件，具有复杂内部冷却通道的航空发动机涡轮叶片，内部材料和结构复杂的坦克装甲等关键武器零部件。
(四)发达国家大力发展3D打印技术，对我国3D打印技术的发展提出了严峻的挑战 近年来，美、英、日等发达国家高度重视3D打印技术，大力推进3D打印技术发展，技术研发与产业应用不断取得重要进步，有进一步拉大与我领先优势的趋势，我国3D打印技术面临严峻挑战。一方面，美国、英国等将3D打印技术列为国家重点发展技术，集全国之力进行发展，抢占发展先机。2012年，美国在重整制造业计划中将3D打印技术列为重点发展的11项技术之一，并作为其“全美制造业创新网络”首家研究中心的主要研究方向[8]。英国技术战略委员会也在“未来的高附加值制造技术展望”中，将3D打印增材制造作为提升国家竞争力，应对未来挑战的22个应优先发展技术之一。2013年1月，英国、德国、法国、意大利的产业界、学术界和政府间组织联合启动投资2千万欧元的欧洲3D打印技术研究计划，研究利用增材制造原理快速加工无缺陷零废料的大尺寸金属零件的技术，这是目前欧洲在3D打印领域最大的研究合作机构和计划。2014年，日本投入3960万美元启动国家3D打印项目，开展3D打印设备和精密3D成形技术的研发。另一方面，美国等发达国家的3D打印技术研究取得重要进展，技术成熟度及性能显著提升。2012年，美国Sciaky公司的新型电子束3D打印技术取得重要突破，具备大型金属部件加工能力，美国国防部和洛克希德•马丁公司准备将其用于生产F-35战斗机的钛、钽、铬镍铁合金等高价值材料的高品质零部件。3D Systems公司的激光熔融技术取得重要进展，美国空军将在此基础上开发用于打印F-35战斗机和其他武器系统的3D打印机。美国太空制造公司的太空3D打印技术已具备应用于太空站维修、升级和延寿，载荷升级改进，硬件太空制造等方面的能力，2014年向国际空间站运送了首台3D打印机[8]。最后，欧美已形成了包含材料制备、软件开发、装备生产和应用服务等相对完整的产业链条，领先的产业格局基本形成。美国3D systems、Stratasys公司、德国EOS公司的营业收入遥遥领先，已形成了寡头垄断的市场竞争格局。2013年全球3D打印市场规模约40亿美元，其中美国和欧洲占据了25亿美元。按国家统计工业级3D打印机数量，美国占38%，日本占9.7%，德国占9.4%，我国仅占8.7%。随着3D打印技术的发展与广泛应用，我国传统制造业优势将不复存在。如果我国不能抓住3D打印技术发展机会，我国的制造业将面临严峻的挑战，美国甚至称“技术进步将使中国的制造业像过去20年里美国制造业那样迅速衰落”。
三、启示建议 着眼我国国情、军情，以及3D打印技术发展现状，为加快推进3D打印技术的发展与应用，要加强组织管理，开展基础研究和标准规范研究，加强3D打印材料和软件技术研发。
(一)加强组织管理，为3D打印技术发展与应用创造政策支撑条件
3D打印技术发展与应用涉及技术广、覆盖领域宽、影响范围大、特别是对现代工业体系和制造领域影响显著，必须坚持创新驱动发展战略，加强管理和顶层设计，为我国3D打印技术发展与应用的科学有序展开奠定基础。一是要从国家层面重视对3D打印技术发展的规划设计，做到统一发展规划、统一资源配置、统一技术体制、统一基础设施建设，确保3D打印技术发展与应用的科学实施，防止规划乱象，标准不一。二是要突出需求牵引，深入分析我国3D打印技术发展与应用的目标、方向和重点，坚持把技术应用好作为衡量技术发展的基本准则，把实现应用的社会效益、军事效益和经济效益作为核心目标，切实提高3D打印技术水平。三是要深化系统管理，充分考虑3D打印技术发展政策、产业发展政策、财税支持政策等因素，运用系统管理的理论与方法综合全面地对3D打印技术发展与应用的相关要素实施最优化配置和前瞻规划。
(二)开展基础研究和技术标准规范研究，为3D打印技术发展与应用提供基础支撑
基础研究和标准规范研究是推动3D打印技术发展和应用的根本保证，应在国家和军队数字制造发展计划框架下，加强制造原理、方法、工艺、材料、标准和规范等方面的研究创新，为3D打印技术发展与应用打下基础。一是开展基础研究，进一步提高3D打印的成形精度与打印速度，研发出更多可供3D打印的材料，使3D打印技术能够更好地满足应用需求。开展3D打印制造原理、方法、工艺、设备的基础研究，加强粉末原材料、材料工艺、成形工艺等基础技术研究，进一步提升3D打印的精度和效率;开展各类3D打印工艺的机理分析，提供工艺优化基础，支持与3D打印配套的工艺基础理论研究;开展激光器、振镜、光路系统等关键零部件的研发与制造。二是研究共性技术与标准规范，推动技术标准规范军民一体化，加快3D打印技术在武器装备设计、制造和维修保障中的应用。研究3D打印的创新原理、方法及其相关支撑技术，包括新材料、新器件(激光器)、智能控制、设计软件、网络数据库、新成形原理、新的设备工艺、巨型结构3D打印、微纳3D打印、太空环境制造等共性技术;为支撑3D打印共性技术快速产业化，研究相关标准与规范，包括材料性能标准、软件接口标准、制造质量标准、制造工艺规范和元器件性能标准等。
(三)加强3D打印材料和软件技术研发，满足打印需求
3D打印材料与软件技术的研发和突破是3D打印技术推广应用的基础，也是满足打印的根本保证。一是加强材料的研制，形成完备的打印材料体系。近几年，3D打印材料发展比较快，2013年，金属材料打印增长了28%，2014年达到30%多，约占3D打印材料的12%，金属材料以钛、铝、钢、镍等合金为主，钛合金、高温合金、不锈钢、模具钢、高强钢、合金钢、铝合金等均可作为打印材料，已经广泛应用于装备制造和修复再制造。但目前还没有一个3D打印材料体系，现有材料还远不能满足3D打印的需求。用于激光立体成形的材料主要是金属惰性材料，下一步需要尝试其他活泼的金属材料打印。未来成形材料发展要实现主要金属材料3D打印的工艺与技术基本成熟，并广泛应用于航空航天结构件及发动机关键件的制造;3D打印材料要成功扩展至陶瓷及复合材料，并着手探索智能材料与结构、生物材料与活性器官再造等打印材料的研发。二是要推进我国数字化、智能化水平，加强3D打印软件设计技术研发。3D打印的核心就是数字化驱动，由于数字化技术近来发展很快，所以带动了3D打印的发展。我国3D打印的数字化程度还不高，软件基本用的是国外的。将来3D打印能否走向太空，数字化水平很关键，这也是技术走得更远的核心内容。目前有必要对由3D打印引发的设计体系、设计方式和设计技术本身的发展进行改进，包括对软件技术的研发。
第二篇： 3D打印技术的目前现状和发展趋势
物联网1501 张河钰 0919150108
3D打印技术(3D printing)，是快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。
一、3D打印技术简介
3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造(AM，Additive Manufacturing)。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。
目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统依赖的精细加工工艺。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。如2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作，尝试以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官，是医学领域具有重大意义的创新。
二、3D打印技术及产业国际国内发展现状
(1) 国际情况
经过十多年的探索和发展，3D打印技术有了长足的进步，目前已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。
目前，在全球3D打印机行业，美国3D Systems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外，在此领域具有较强技术实力和特色的企业/研发团队还有美国的Fab@Home和Shapeways、英国的Reprap等。
3D Systems公司是全世界最大的快速成型设备开发公司。于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司2010年与传统打印行业巨头惠普公司签订了OEM合作协议，生产HP品牌的3D打印机。继2011年5月收购Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前，国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。
目前在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。另外，3D打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案，以3D打印技术制成实物产品并通过电子市场销售，每年能够推出60种创新产品，年收入达到100万美元。
(2) 国内情况
自20世纪90年代以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势;华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料;西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到0.2mm;中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言，国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。
近年来，国内如深圳维示泰克、南京紫金立德、北京殷华、江苏敦超等企业已实现了3D打印机的整机生产和销售，这些企业共同的特点是由海外归国团队建立，规模较小，产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。目前，国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求，技术水平有待进一步提升。在服务领域，我国东部发达城市已普遍有企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务，其服务范围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。与内地相比，我国港台地区3D打印技术引入起步较早，应用更为广泛，但港台主要着重于技术应用，而非自主研发。
(3)3D打印产业的未来发展前景
根据国际快速制造行业权威报告《Wohlers Report 2011》发布的调查结果，全球3D打印产业产值在1988～2010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，3D打印产业未来仍将持续较快地增长，到2016年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元。
但3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。
Gartner公司2011年发布的最新技术发展展望报告判断：3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，其技术还有待充分成熟，主流市场也有待进一步培育。Gartner公司研究人员认为，3D打印技术成熟到适应市场需求还将需要5～10年的时间。在这一较为漫长的发展过程中，产业可能会面临增长期望落空、技术遭遇瓶颈以及投资撤离等风险。
总之，从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景，但目前产业距离成熟阶段尚有较大距离，对于3D打印市场规模的短期发展不宜过分高估。因此，现阶段产业界对3D打印领域的投入应以加强创新研发、技术引进和储备为主，尤其要重视自主知识产权的建设和维护，争取在未来的市场竞争中占据有利地位。如受到概念炒作影响，在技术尚未充分完善的现阶段大规模投入产能扩张，则投资回报将面临着较大的风险。
(4) 3D打印技术未来发展的主要趋势
随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。
提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求;软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造;拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。
第三篇：3D打印技术及其应用发展分析
摘 要：3D打印技术在近几年得到了巨大发展，备受社会各界的关注。虽然目前该技术还未能得到全面的普及推广，但其发展前景无可限量。文章对3D打印技术的现状进行探讨，分析目前3D打印技术发展所存在的问题。并对我国3D打印技术产业的技术发展提出一些建议。
关键词：3D打印技术;应用;发展分析
1 3D打印技术简介
3D打印技术是一种快速成型技术，它以数字模型文件作为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体[1]。当前3D打印技术主要应用于艺术创作、珠宝制作等领域。然而随着技术的发展，生物工程、医学、建筑等领域也越来越多的使用3D打印技术，为科技创新添加了新的活力。
与传统的工业制造业相比，3D打印技术有着无可替代的优势，这使得在当前高科技产业日新月异的今天，3D打印技术能在信息化社会中占有一席之地。3D打印技术有着以下特点：(1)生产效率极高。3D打印技术通过材料的层层推挤与叠加，在电脑数据的操控下堆砌成需要生产的物品，这与传统工业对原材料的剪裁制造完全不同。不仅省去了繁重的修整零部件工序，该大大增加了原材料的利用率，大幅降低生产成本，提高生产效率;(2)复杂零件可一次成型。传统工业在生产的过程中，需要经过模具设计、生产、修整等阶段，并在制作过程中对原材料进行锻造、打磨等加工，最终制作成复杂的产品。其生产周期长，生产工序繁琐，人力资源消耗大。而3D打印技术缩短了所有中间过程，它的模具通过电脑制作，产品根据电脑生成的设计图纸直接一次性打印完成，能够更加便捷、准确的制作出复杂产品，极大缩短了生产和设计周期。(3)可以满足不同消费者需要。传统工业注重批量化生产，3D打印技术则更能激发人的想象力，满足产品设计者和消费者的个性化需求。3D打印技术生产的产品不再千篇一律，而是独一无二。这将开创传统工业从批量制造到批量定制的华丽转变。
2 3D打印技术的发展现状
尽管3D打印技术将对传统制造业产生翻天覆地的影响，但我们还是应当注意，目前3D打印技术的发展仍受到许多因素的制约。具体问题有：(1)3D打印技术对打印材料的要求较高。3D打印技术特殊的产品制造手段，成为了其发展的双刃剑[2]。一方面高效的生产方式促进了效率的提高，另一方面则对生产材料有着很高的要求。3D打印所使用的材料不仅要能够被“打印”，而且“打印”出的产品必须满足技术要求。因此在现阶段，3D打印技术可供选择的材料较少，这成为了制约3D打印技术发展的主要原因。以目前的材料科学发展情况，可成为3D打印技术的材料主要为工程塑料、部分金属材料等，然而这些材料都是专门为3D打印技术所研发，与传统工业的生产材料还有着较大差距。(2)3D打印技术受支撑技术限制。3D打印缺乏支撑性技术，是制约自身进一步发展的另一个重要原因。举例来说，包括打印产品速度过慢，打印出的产品精度不高等。这都从侧面反映出当前3D打印技术的发展仍处于较低的水平。(3)3D打印技术缺乏严格的技术规范。由于3D打印技术才刚刚起步，行业内部缺乏明确的、可执行的、有效地条款，造成了目前3D打印技术在打印材料的选择上缺乏统一规范，这也阻碍了3D打印技术的进一步发展。(4)3D打印技术在短时间内仍难以取代传统制造业。虽然相较于传统制造业，3D打印技术有着无可比拟的优势，然而在大规模批量制造及成本控制方面，目前3D打印技术由于各方面的限制，难以匹敌传统制造业;(5)国内3D打印材料不足。我国目前3D打印技术还远未形成完善的产业链，因此仅有少数企业能提供高质量的3D打印材料，难以满足当前国内3D打印技术发展的需要。大量的原料需要依靠进口，导致我国3D打印技术在推广和应用领域受到诸多限制。
3 促进我国3D打印技术发展的对策
与欧美等发达国家相比，我国的3D打印技术仍有着一定的差距，而要在全球的科技发展浪潮中缩短与国外的差距，这绝非易事。除了政府要在政策面鼓励3D打印技术的发展之外，还要做到各行业的通力协作。
3.1 加强政府对3D打印技术发展的支持力度
政府是高新技术发展的统筹与规划者。3D打印技术有着广阔的市场前景，因此政府应当从政策完善、资金支持、人才培养、法律保护等多个方面[3]。主要包括：强化宏观调控，制定3D打印行业规范;加大财政拨款，为3D打印企业提供税收等财政优惠;鼓励高校设立3D打印技术专业，培养3D打印技术方面的人才;完善相关法律法规，保护3D打印技术的只是产权;强化社会监督，重视对3D打印技术可能引发的社会问题，严格控制3D打印材料的购买渠道。通过以上政策面的手段，加大对3D打印技术发展的投入，促进我国3D打印技术发展迈上新台阶。
3.2 增强创新能力
创新是企业乃至国家不断向前发展的动力源泉。只有强大的创新能力，才能保证企业、社会在日益激烈的竞争漩涡中生存下来。首先，要促进3D打印技术的理论创新。及时掌握全球3D打印技术的发展动向，加强3D打印技术同电子、医学、物理等学科的交流，为拓展3D打印的材料制造带来新的活力。其次，建立3D打印技术信息交流平台，以高校、科研所、企业研究成果作为基础，加强高新科研机构之间的交流，实现完美的科学研究机制。
3.3 完善3D打印技术产业链
促进我国3D打印产业技术联盟的形成，定期开展3D打印技术产业相关研讨会，鼓励高校、科研单位、相关企业的参与，早日实现3D打印产业链上下流资源的整合。各方针对3D打印技术材料研究，加大资金、人力的投入，鼓励企业将非金属材料应用于3D打印技术之中。同时，各高校与研究机构充分发挥自身技术资源优势，通过与企业资金资源全面整合，形成3D打印产业的产品设计，软件开发，材料创新、产品宣传等完整的产业链。
3.4 普及3D打印产品的应用
通过开展3D打印产品博览会作品等方式，将3D打印技术推广到中小学校，对少年儿童开展3D打印的教育宣传，普及3D打印技术的知识，激发他们对3D打印技术的兴趣。选取生物医疗、工业设计等领域，有目的、有计划地将3D打印技术进行推广应用，积极促进3D打印技术理论与应用的同步发展[4]。
3.5 加强国际间3D打印技术的交流
根据我国对3D打印市场的实际需要，通过高校、研究所等平台，积极开展通欧美发达国家的3D打印技术的国际交流，形成高校与高校之间、研究机构与研究机构之间的合作关系，互相吸取发展经验，深化合作，共同促进3D打印技术的进一步发展。
4 结束语
随着各个学科研究的不断深入，3D打印技术的发展势必将进入新的层面。作为最具创新力的技术之一，3D打印技术正在以自身独特的优势，受到全世界的关注。3D打印技术当前还处于较低水平，其内在的经济、社会等方面的价值亟待人们进一步挖掘。文章对我国3D打印技术的未来发展趋势提出了一些建议，希望能对未来3D打印技术的推广和应用做出贡献。
参考文献
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[3]王博.浅谈3D打印技术的发展与应用[J].机电技术，2014，5：158-160.
[4]孙建明，童泽平，殷志平.3D打印技术的市场应用及发展前景分析[J].现代商贸工业，2014，18：81-82.
作者简介：赵家立(1986-)，男，吉林省吉林市人，工作单位：吉林市创择科技有限公司，职务：项目主管，研究方向：3D打印技术。
第四篇：3D打印技术的优势及发展前景分析
摘 要：近年来3D打印技术得到飞速发展，并且在社会生活的多个领域得到广泛应用。3D打印技术是一种高新的制造技术，对于工业发展起到革命性作用，此外3D技术也是实际制造业的发展前景所在。本文着重分析了3D打印技术的优势所在，并进一步分析了3D打印技术的发展前景。
关键词：3D打印技术 优势 发展前景
中图分类号：F27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)02(a)-0099-02人类历史上经历了两次工业革命，第一次工业革命以蒸汽机的发明使用作为标志，第二次工业革命以电力的普遍应用作为标志，两次工业革命都极大地提高了人类的生产力，进而对社会、经济、政治、国际格局以及日常生活等各个方面产生了深刻影响，改变了整个人类社会的面貌。两次工业革命是促进人类社会现代化的主要力量，这一事实告诉我们社会生产的发展需要以强大的科学技术作为动力。当前3D打印技术得到飞速发展，有研究指出3D打印技术是第三次工业革命的核心技术，这就要求我们积极利用先进的3D打印技术服务于社会生产的各个环节，从而有效提高我国的经济发展水平以及国家整体实力，提高我国在国际社会的竞争力。
1 3D打印技术简介
3D打印技术是利用物理层的连续叠加，并应用相关材料实施逐层增加，最终生成三维实体的一种高新技术，3D打印与传统建筑技术具有显著差异，根据3d打印的实施过程可以将其简称为添加制造。3D打印是当前制造业先进科技的发展趋势，对于传统工业制造具有革命性意义。在实际应用过程中主要分为三大步骤，首先是在计算机上使用相关软件设计出需要打印的模型，其次利用相关的成型设备也就是3D打印机，使用各种材料实施打印过程，进而将所需产品制造出来。
3D打印技术具有高度的综合性与复杂性，不仅将计算机上的数字建模技?g和机电控制技术进行有机结合，还将先进的信息技术、材料使用技术以及化学应用技术等进行吸纳应用，因此3D打印技术在实际应用过程中能够发挥出强大作用。3D打印机是3D打印技术的关键所在，3D打印机需要实现完美的控制，同时需要与计算机进行有效连接，进而将计算机上的模型转换为具体的实物，3D打印技术包含多个系统，具体来讲主要包括高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统。此外在3D打印过程中，使用的打印材料、打印的工艺以及计算机上的模型设计等都是3D打印技术不可缺少的有机组成部分。
2 3D打印技术的优势
3D打印技术的优势非常明显，首先，3D打印技术可以弥补传统制造业无法顺利制造的零件，传统工业制造方法是将毛坯根据零件需要进行切除，这种制造方法属于多维加工;另一种零件制造方法就是使用对应的模具，将相关的材料融化后进行浇筑，这种零件制造方法只能生产一些构造简单的零件，至于那些构造复杂精密的零件传统制造方法无法有效完成。在这方面3D打印技术具有强烈优势，因为3D打印技术可以根据需要打印构造复杂的零件，因此3D打印技术在实际应用中具有革命性意义，可以转变精密零件的生产效率和生产质量，大幅提高精密零件的生产效益，促进产业的深入发展。
其次，3D打印技术有效实现了首件的净型成形，这样一来就可以将零件的后期制作工程大大减少，从而大幅减小进一步加工的数据泄密以及时间需求，这些特性使得3D打印技术能够应用于某些先进的高保密性行业，最具有应用价值的包括军工行业、核电工业等。3D打印技术使得针对相关零件的制作无需大量时间进行前期制作准备以及数据转换，这样就可以单件试制以及小批量生产的成本大幅下降，有助于满足不同针对各种设备零件的需求，可以应用于新产品的开发应用和小批量产品的迅速产出。
由于3D打印技术具有的特殊优势，使得3D打印技术在多个领域得到广泛应用。当前3D打印技术已经被用于建筑设计、工业模型、相关复杂零件的生产、动漫模型的生产等，并在各个领域发挥出积极作用，尤其是在飞机制造、核电、火电等领域的使用。此外，某些需要使用重型机械以及高端精密机械的行业也可以有效应用，有助于提高产业的工作效率和工作质量。3D打印技术制造的产品属于自然无缝连接，这种特点使得3D打印技术生产的零件具有高度的稳定性和连接强度，这些特性使得3D打印技术生产的零件在实际应用中远远优于传统生产工艺制造的零件。
3 3D打印技术的发展前景
3D打印技术在国外的发展非常迅速，相关研究指出在2009年全球3D打印技术市场规模已经达到10亿美元，从2009年开始，全球范围内3d打印技术的增长保持每年20%以上，研究指出2012年全球范围内的3D打印技术市场份额已经达到22亿美元。2013年以来3d打印技术的发展呈现出爆发局面，其增速达到81%，而全球范围内的市场份额高达40亿美元。有研究指出，世界各国中主要以美国、日本和德国占据着3D打印技术的主要部分，其中尤其是美国所占比例最多，基本上达到全球份额的一半。
我国的3D打印技术虽然起步较晚，但是随着3D打印技术概念的出现，很快受到社会各界人员的广泛关注和追捧，而且随着时间推移3D打印技术在国内的热度不断上升。有研究指出，我国2012年的3D打印技术市场规模约为10亿元，2013年则达到20亿元。虽然我国的3D打印技术发展速度很快，但是目前从整体上来看我国的3D打印技术与国际先进国家如美国相比还存在较大差距，我国的3D打印技术依然处于起步阶段，这是因为我国的3D打印技术还停留在科学研究阶段，未能将其应用到实际工业生产过程中，也没有形成相关的3D打印技术生产规模。
随着3D打印技术的不断发展，以后3D打印主要呈现出以下几大趋势：首先，3D打印技术的进一步成熟，无论是打印速度还是打印效率都会得到大幅提升，进而有效满足实际生产的需求;其次，随着材料学的深入发展，3D打印技术所使用的材料也会根据市场需求不断优化，打印材料的种类将会不断丰富，而且各项性能得到进一步优化，同时其打印成本会进一步降低。此外，3D打印技术的打印设备会随着自身发展而不断优化，其价格和成本会不断降低，这些因素促使3D打印技术的应用范围得到有效扩展，并在具体的应用环节发挥出越来越重要的作用。可以想象，3D打印技术具有广阔的发展前景，而随着3D打印技术的有效应用，将会对社会生活的多个方面产生深刻影响。因此，为了促进3D打印技术的发展，政府部门需要从以下几个方面着手。
一是根据3D打印技术发展状况和实际情况制定对应的产业发展目标，从战略高度将3D打印技术进行科学规划，并将3D打印技术作为重点发展的战略性产业，在此基础上根据实际发展需要制定具体的发展规划和措施。二是政府部门要将各个部门进行有效整合，为3D打印技术的发展提供坚实的科研储备和资金支持，促使3D打印技术在发展过程中不断提高其发展水平和效率，努力追赶西方先进国家。三是政府部门需要不断完善3D打印技术的知识产权保护机制，通过立法充分保护3D打印技术知识产权拥有者的权益，并对某些复制抄袭行为进行严厉制裁，最终保证3D打印技术能够按照科学、健康的发展方向前进。
4 结语
3D打印技术对于工业发展具有关键性的作用和意义，有助于促进传统工艺制造业以及材料产业的革新，进而大幅提高社会生产的效率和质量，为我国的经济发展和社会发展提供强大动力。因此国家要重视3D打印技术的发展和应用，建立相关的人才培养机制和市场运营系统，促进3D打印技术早日投入实际运用。
参考文献
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[3] 秦志远，张慧.3D打印技术优劣分析与前景展望[J].山东工业技术，2015(24)：279.
第五篇：3D打印技术的优缺点以及应用领域分析
3D打印技术经过这些年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，同样，可应用的行业也逐渐扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用 3D打印机技术，使得3D打印机技术有着广阔的前景。不断提高3D打印技术的应用水平是推动这项技术发展的重点。
优点：一是最直接的好处就是节省材料，不用剔除边角料，提高材料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本;二是能做到很高的精度和复杂程度，除了可以表现出外形曲线上的设计;三是不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件;四是它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期;五是3D打印能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃;六是它能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成本，它甚至可以挑战大规模生产方式。
缺点：任何一个产品都应该具有功能性，而如今由于受材料等因素限制，通过3D打印制造出来的产品在实用性上要打一个问号。①强度问题：房子、车子固然能“打印”出来，但是否能抵挡得住风雨，是否能在路上顺利跑起来?②精度问题：由于分层制造存在“台阶效应”，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度。的一级级“台阶”，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏差;③材料的局限性：目前供3D打印机使用的材料非常有限，无外乎石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。能够应用于3D打印的材料还非常单一，以塑料为主，并且打印机对单一材料也非常挑剔。
目前，3D打印技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。3D打印技术的实际应用主要集中在以下几个方面：
产品设计领域
在新产品造型设计过程中的应用3D打印技术为工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。运用3D打印技术能够快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型(样件)，这不仅缩短了开发周期，而且降低了开发费用，也使企业在激烈的市场竞争中占有先机。
建筑设计领域
建筑模型的传统制作方式，渐渐无法满足高端设计项目的要求。全数字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准，现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试，3D打印技术所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同。
机械制造领域
由于3D打印技术自身的特点，使得其在机械制造领域内，获得广泛的应用，多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件，由于只需单件生产，或少于50件的小批量，一般均可用3D打印技术直接进行成型，成本低，周期短。
模具制造领域
例如玩具制作等传统的模具制造领域，往往模具生产时间长，成本高。将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。3D打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用3D打印技术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具。
医学领域
在医学领域的应用近几年来，人们对3D打印技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础，利用3D打印技术制作人体器官模型，对外科手术有极大的应用价值。
文化艺术领域
在文化艺术领域的应用，3D打印技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。
航天技术领域
在航空航天领域中，空气动力学地面模拟实验(即风洞实验)是设计性能先进的天地往返系统(即航天飞机)所必不可少的重要环节。该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性，采用3D打印技术，根据CAD模型，由3D打印设备自动完成实体模型，能够很好的保证模型质量。
家电领域
3D打印技术在国内的家电行业上得到了很大程度的普及与应用，使许多家电企业走在了国内前列。如：广东的美的、华宝、科龙;江苏的春兰、小天鹅;青岛的海尔等，都先后采用3D打印技术来开发新产品，收到了很好的效果。
3D打印技术的应用很广泛，可以相信，随着3D打印技术的不断成熟和完善，它将会在越来越多的领域得到推广和应用。