隨著3D 打印技術的不斷進步和成熟，它在航空航天、生物醫藥、建築等領（lǐng）域的應用逐步拓寬，其方（fāng）便快（kuài）捷（jié）、能（néng）夠提高材料利用率等優勢不斷顯現，與傳統製造的結合也更加緊密，不斷推動傳統製造業的轉型升級。目前，我國的3D 打印技（jì）術在某些領域處於世界領先水平，但在產業化應用方麵（miàn）與國外的（de）差（chà）距較大，除了產學研（yán）用相脫節等問題，上遊原材料製約也是阻礙3D打（dǎ）印產業化發（fā）展的重要（yào）原因。 

 

一、3D 打印材料的應用現狀 

1.發（fā）達國家高度重視3D打印材料的研發應用 

　　金融危機使美國（guó）、歐盟等發達國家和地（dì）區強烈意（yì）識到了製造業空心化在麵對經濟波動時的脆弱性，它們紛紛實行再工業化戰略，將3D 打印、新一代信息（xī）技術等（děng）作為發展重點。美國總統奧（ào）巴馬宣布，要投入5 億美元用於（yú）3D 打印產業以確保（bǎo）美國（guó）先進製造業發展；歐盟在諾丁漢大學、謝菲爾德大學等成立3D 打印中心並給予基（jī）金支持，以推動（dòng）3D 打印技術的產業化。同時，發達國家也意識到了材料在發展（zhǎn）3D 打印產業過程中的重要性，美國（guó）專門（mén）出（chū）台了《材（cái）料基（jī）因組計劃》以適應3D 打印技術對材料的要求，成（chéng）立關鍵材（cái）料創新中心、國家增材製造創新研究所來推（tuī）動材料（liào）與3D 打印（yìn）技術的融合發展。 

 

2.種類有增多趨勢，應用領域逐步拓寬 

　　隨著3D 打印需求的日益增加，可用的（de）材料種類逐漸（jiàn）增多，從最初的樹脂、塑料拓展到金屬、陶瓷等。目前，可供3D 打印使用的材料主（zhǔ）要有3大類：一類是（shì）金屬材料，如鈦合金、銅鋁合金、鎳（niè）鉻合金等，應用於航空航天、醫藥等高端領域；一類是高分子材料，如ABS 、PLA、PC、尼龍（lóng）粉、石（shí）膏粉、光敏樹脂、PVC 等；還有（yǒu）一類是無機非金屬，如陶瓷。3D 打印材料種類的增加直接帶（dài）動了下遊應用領域的拓（tuò）展，如鈦合金和（hé）不鏽鋼材料（liào）在3D 打印領域（yù）的使（shǐ）用，促使波音公司嚐試使用3D 打（dǎ）印技術來生產飛機機翼，而我國也已經能夠使用3D 技術生產飛機鈦合金鑄件。 

 

3.需求（qiú）不斷增加，市場價值日益（yì）凸顯 

　　隨著3D 打印技術的成熟（shú）和市場（chǎng）開拓力度的加大，3D 打印的需求不斷（duàn）增加，市場價值（zhí）逐漸提升。從品種來看，金（jīn）屬（shǔ）和塑料的需求較高，如2012 年塑料（liào）材料市（shì）場需求達到7000 萬（wàn）美（měi）元。有專家估算（suàn），到2018 年，來自（zì）金屬和塑料材（cái）料的市場需求將達到4 億美元，其中塑料市場需求規（guī）模將達到2 億美（měi）元；2013-2018 年，塑料市場需求將保持20% 左右的增（zēng）長（zhǎng）。從應用領域來看，醫療和牙（yá）科領域市場需求較高（gāo）， 其次是珠寶首飾、建築、航空航天、汽車（chē）等領域。從區域分布來看，美（měi）國、日本（běn）、中（zhōng）國、英國、德國（guó）對3D 打印材料的需求較（jiào）大，2012 年北美和亞太地區3D 打印材（cái）料銷售收入占全（quán）球的68% 。其（qí）中，北美地區市場收入最高，其次是亞太地區。預計，未來隨著3D 打印在亞太地區的推廣，亞洲有（yǒu）望成為3D 打印材料需求增長最快的地區。

 

二、材料對3D 打印產業（yè）發展的製（zhì）約

1.材料性（xìng）能達不到要求，影響3D 打印的推廣

　　區別於傳統材料，3D 打印技術對材料的性能和適用性提出了更（gèng）高要求，最基本的要求是材料必須可（kě）以液化、絲化、粉末化，在程（chéng）序控製下打印後還要（yào）能重新結合起（qǐ）來。除此之外（wài），3D 打印材料還必須（xū）性能穩定，滿足3D 打印連續生產的（de）需要；功能豐富，具有（yǒu）導（dǎo）電、水溶、耐磨（mó）等特性；綠色環保，對人體安（ān）全且對環境友好。但在現階段，3D 打印材料的成熟度不夠，材料精度、強度也不夠，一時還無法實現流暢打印的效果，而且材料的安全性（xìng）也無（wú）法保證。 

 

2.可用材料種類偏少，難以滿（mǎn）足3D 打印需求

　　目前，無論（lùn）是從家用還（hái）是工業用的角度來看，與種類繁（fán）多、用（yòng）途廣泛（fàn）的傳統（tǒng）材料相比，3D 打（dǎ）印材料的種類（lèi）都比較少，無法滿足普通民眾和工業生產（chǎn）的需（xū）求。比如，適用於家用3D 打印的（de）材料主要（yào）有石膏、光敏樹（shù）脂（zhī）、塑（sù）料等；適用於工業用3D 打印的金屬材料有10 多種，並且隻有專用的金屬粉末材料才能滿足工業（yè）生產要求。即使是（shì）掌握打印材料最多的以色列Object 公司，也僅能在（zài）14 種基本（běn）材料基礎上組（zǔ）合出107 種（zhǒng）材料，這（zhè）與工業和民用領域（yù）成千（qiān）上萬（wàn）種材料需求相比還遠遠（yuǎn）不夠。 

 

3.材料成本較高，限製了應用領域

　　盡管3D 打印減少了切削、成型（xíng）等方麵的製造成（chéng）本，卻增加了材（cái）料、軟件、設計等（děng）環節的成本，其中對材料成本的影響較大（dà）。由於適用於（yú）3D 打印技術的材料有限，並且現階段的3D 打印更多是（shì）為了滿足個性化生產需求，材料的專用性較強，無法實現規模化生產，這也致使3D 打印材料成本居高不下。比如（rú），2013 年（nián）7 月由美國北卡羅來納州立大學研究出來（lái）的可用於液態打印的金屬材料價格大約是（shì）塑料的100 倍，要想通過該材料來實現生產（chǎn）柔性金屬設備，如（rú）何降低材料成本就成為關鍵。較高（gāo）的材（cái）料成本也限製了3D 打（dǎ）印的應用，特別是（shì）在民用領域的應用（yòng），比（bǐ）如一（yī）台民用3D 打印機的價格在2萬元左右，而材料的價格（gé）卻從最便宜的（de）每千克幾百元到最貴的四萬元左右不等。 

 

4.我國部分（fèn）3D 打印材料依（yī）賴進口，限製了產業化應用

　　由於（yú）3D 打印技術還（hái）處（chù）於起步發展階段，產（chǎn）業規（guī）模偏小，所以國內專業從事3D 打印材料生產的企業不多。同時（shí），3D 打印材料（liào）也大多由3D 打（dǎ）印設備製造企業直接提供，沒有實現第（dì）三方供應，部分材料國內還沒有生產，或是生（shēng）產（chǎn）的（de）材（cái）料精度和強度都較低，難以滿足（zú）實際應用需要，隻能進口。國內（nèi）3D 打（dǎ）印材料技（jì）術研發基礎比較薄弱，光麵樹脂就遇到研發時（shí）間長（zhǎng）、材料（liào）配比技術難掌握等研發難題，不得不從國外進口實（shí）驗材料。有關3D 打印用（yòng）粉末材料的研究少，對粉末成份、物理性能（néng）對（duì）3D 打印技術（shù）的影響及適應性的研究還沒有廣泛開展（zhǎn），也限製了3D 打印技術的產業（yè）化應用。此外，國外對（duì）部分3D 打印材料采取搭售（shòu）策略，如在銷售3D 打印設備時（shí）搭售價格較高的金屬粉末材料，限製了我國3D 打印材料生產企業的發展，致使（shǐ）對外依賴性較高。 

 

三、我國發（fā）展3D 打印材料的對策建（jiàn）議 

　　材料是3D 打印發展的基礎， 3D 打印技術和裝（zhuāng）備的成熟也會（huì）促進材料性能的開發和完善，拓展材料品種和（hé）應用（yòng）。目（mù）前，我國部分3D 打印技（jì）術和裝備已經處於世界先進水平，但在材料研發和應用方麵與先（xiān）進國家相比還存（cún）在較大差距，因此打破材料（liào）對3D 打印發展的製約非常關鍵。 

 

1.加強3D 打印材料標準和（hé）政策的研究製定

　　一是加強材料（liào）—結構—屬性之間的關係研究，提高3D 打印材料（liào）性能以滿足生產需要；利用研究機構、材料生產企業等多方力量，鼓勵他們提供（gòng）有關3D 打印材料（liào）性能的相關數據，加強3D 打印材料標準戰略和預先研究，加快3D 打印材料規範性標準的製定和修訂，同（tóng）步開展3D 打印產業上下遊各環節、各類產品標（biāo）準的製定，最終形（xíng）成3D 打印產業領域標準全（quán）麵覆蓋的局（jú）麵。二是建（jiàn）立並完善3D 打印材料技術標準（zhǔn）體係，提升標準技術水平，完善標準複審製度，實現3D 打印（yìn）材料行業標準複審（shěn）的製（zhì）度化和常態化；開發3D 打印材（cái）料質量測試程序和方法，建立行業統一的質量標準體係，保證材料的穩定性和可靠性。三是加強3D 打印材料相關政策的研究，適時出台（tái）推動3D 打印（yìn）材料發展（zhǎn）的產業、財政、金融政策，為3D 打印材料發展創造良好的政策環境。

 

2.加大3D 打印材料研發和人才培養力度

　　一是加大3D 打印（yìn）材料的研（yán）發投入，借助3D 打印市場規模擴大趨勢，發揮企業市場主體的作用，提（tí）高企業研發積（jī）極性（xìng）。要（yào）鼓勵傳統材料生產企業參與3D 打（dǎ）印材料（liào）的研發和生產（chǎn），逐步增加研發投入（rù），擴大生產（chǎn）規模。二是發揮科研機（jī）構、高校的科研優勢（shì），加強與（yǔ）企（qǐ）業的交流合作，通過產學研合作，推動3D 打印材（cái）料（liào）科研成果的產業化應用（yòng）。三是加強（qiáng）3D 打印材料人（rén）才的培養，一方麵，從3D 打印材料研發實力雄厚和市場應用較廣的美國、日本等國家引入高端複合（hé）型人才，提高國內3D 打印材（cái）料研發應用的（de）整體水平（píng）；另一方麵，通過自（zì）主培養方式，加強對科研院所、高校、企業專業型人才的培養與培訓，鼓勵材料（liào）研發人員之間加強交（jiāo）流，利用幹中學機會，加強產學研合作，提升我國3D 材料研發和應用水平。

 

3.推動3D 打印產業上下遊領域多方位合作 

　　鑒於（yú）3D 打印材料對生產設備和產品的高度依賴性（xìng）和（hé）專用性，要通過加（jiā）強上遊材料、3D 打印機設備（bèi），以及（jí）下遊產品等各個環節的交流合作，推（tuī）動3D 打印逐步（bù）在某些（xiē）領域實現規模化生產，進而帶（dài）動材料的規模化生（shēng）產，降低材料成（chéng）本（běn）。一是鼓勵3D 打印材料（liào）企業加強與3D 打印設備生產商、下遊產品生產商的交流合作，以下遊需求（qiú）為導向，研（yán）發（fā）生產有市場前景（jǐng）的3D 打印材料，二是鼓（gǔ）勵有優勢的材料生產企業向下遊拓展產業鏈，加強3D 打（dǎ）印設備或3D 打印製品的研發與生產，積極搶占發展先機。通過上下遊合作，逐步形（xíng）成材料—製造—裝備—應用協同發展的全產業鏈（liàn）發展模式，壯大3D 打印材料規模，逐步降低3D 打印（yìn）材料成本，帶動3D 打印（yìn）產（chǎn）業的整體發展。

 

4.提高我國3D 打印材料的供給保障能力

　　一是（shì）加大“走出去”力度，積極到（dào）國外開拓3D 打印材（cái）料供給渠道（dào），通（tōng）過與美國、歐洲、日本等（děng）3D 打印材料發展較（jiào）成熟的國家和地區交流合（hé）作，建立長期穩定的原（yuán）材料（liào）供給機製，確保（bǎo）我國3D 打（dǎ）印材料的供給穩定。二是發揮政府的（de）引導（dǎo）調控功能，通過給予（yǔ）稅收、金融等（děng）優惠政策，吸引更多的企業參（cān）與（yǔ）3D 打印（yìn）材料的生產，扶植國內3D 打印材料企業的成長和壯大，逐步（bù）降低對關鍵材料的進口依賴，提高國內3D 打印材料的自給率。

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一、3D打印簡介

 

3D打印技術從（cóng）狹義（yì）上來說主要是指增材成型技術，是快速成型（xíng）技術的（de）一種綜合了數字建模技術、機（jī）電控（kòng）製（zhì）技術、信息技術、材（cái）料科學（xué）與（yǔ）化學等諸多領域的前沿技術（shù）被譽為“第三次工（gōng）業革命（mìng）”的核心技術。從成型工（gōng）藝上（shàng）看3D打印突破了傳統成型（xíng）方法，無需先行製作模（mó）具和機（jī）械加工，通過快（kuài）速自動成型硬件係統（tǒng）與CAD軟件模型結合就能夠製造出（chū）各種形狀複雜的產品，這使得（dé）產品的設計生產周期大大縮短（duǎn），生產成本大幅下降。

 

3D打印目前的（de）研究熱點主要集中在材料和設備，其中設備分為硬件、軟件部分：

 

材料：包括樹脂、金屬、陶瓷、塑料（liào）或天然材料等，通過3D打印技術，這些材料最終將變成實在的功能（néng）產品。

 

設備：硬件係統將材料按照軟（ruǎn）件（jiàn）（設計數據和製作數據）的要求實現產品成型。

 

下麵將逐一分別介紹：

 

二、3D打印常用材料

 

材料是3D打印的物質基礎，也是當前製約3D打（dǎ）印發展的瓶（píng）頸。3D打印所用的這些原材料都是專門針對3D打印設備和工藝而研發的，其形態一（yī）般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等。通常，根據打印設備的類型及操作條件的不同，所使用的（de）粉末狀3D打印材料的（de）粒徑為1～100μｍ不等，而為（wéi）了使粉（fěn）末保持良好的流動性，一般（bān）要求粉末要具有高球（qiú）形度（dù）。

 

目前，3D打（dǎ）印材（cái）料主要包括工程塑料、光敏樹脂（zhī）、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物（wù）原料（liào）以及（jí）砂糖等食（shí）品材料也在3D打（dǎ）印領域得（dé）到了應用（yòng）。

 

工（gōng）程塑料指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料，是強度、耐衝擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。工程塑料是當前應用最廣泛的一類3D打印（yìn）材料，常見的有ABS類材料、PC類材料、尼龍類材料等。ABS材料是fused deposition modeling（FDM，熔融沉積造型（xíng））快速成型（xíng）工藝常用（yòng）的熱塑性工程塑料，具有強度高、韌性好、耐衝擊等優點。

 

光敏樹脂（zhī）即UV樹（shù）脂，由聚合物單體與預聚（jù）體組成，其中加有光（紫外光）引（yǐn）發劑（或稱為光（guāng）敏劑）。在一定波長的紫外光（250０～300ｎｍ）照射下能立（lì）刻引起聚合反應完成固化。光敏樹脂一般為液態，可用於製作高（gāo）強度、耐高溫、防水材料。目前，研究光敏材料3D打印技術（shù）的主要有（yǒu）美國（guó）3Dsystem公司和以色列object公司。常見的光敏樹脂（zhī）有somos NEXT材料、樹脂somos11122材料、somos19120材（cái）料和環氧樹脂。

 

橡膠類材料具備多種級別彈性材料的特征，這（zhè）些材（cái）料所具備的硬度（dù）、斷裂伸長率、抗撕裂強度和拉伸強度，使其非常適合（hé）於要求防滑或柔軟（ruǎn）表麵的應用領（lǐng）域。3D打印的橡膠類產品主要有（yǒu）消費類電子產品、醫療設備以及汽車內飾（shì）、輪胎、墊片等。

 

金屬材料：在國防領域，歐美發達國家非常（cháng）重視3D打印技術（shù）的發展，不惜投入（rù）巨資加（jiā）以研究，而3D打印金屬（shǔ）零部件一直是研（yán）究和應用的重點。3D打印所使用的金（jīn）屬粉末一般要求純淨度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低。目前（qián），應用於3D打印的金屬粉末材料主要有鈦合（hé）金、鈷鉻合金、不鏽鋼和鋁合金材料等。

 

陶瓷材料具有高（gāo）強（qiáng）度、高硬度、耐高溫、低密度、化學穩定性好、耐腐蝕等優異特性，在航空航天、汽車、生物等行業有著廣泛的應（yīng）用。但由於陶瓷材料硬而脆的特點使其（qí）成（chéng）形尤其困難。

 

（1）3D打（dǎ）印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一種粘結劑粉末所組（zǔ）成的混（hún）合物。陶瓷粉末和粘結劑粉末的配比會影響到陶瓷零部件的性能。粘結劑份量越多，固化比較容易，但在後置處理過程（chéng）中零件收縮比較大，會影響零件的尺寸精度（dù）。粘結劑份量少，則不易固化（huà）成形。

 

（2）由於光敏樹脂（zhī）的熔點較低，液態樹脂具有高粘（zhān）性而導致流動性（xìng）較差，在每層固化之後液麵很難在短時間內迅速撫平，這（zhè）樣將會（huì）影響到實體的成型精度。

 

（3）瓷粉末在激光直（zhí）接快速燒結時液（yè）相表麵張力大，在快速凝固過程中會產生較大的熱應力，從而形成較多（duō）微裂（liè）紋。

 

目前，國內陶瓷直接快（kuài）速成（chéng）形工藝尚未成熟，正處於研究階段。

 

三、3D打印設備技術

 

３Ｄ打印通常是采用數字技術（shù）材料打印機來實現的。

 

1）信息技術先進的設計軟件及數字 化工具，輔助設（shè）計人員製作出產品的三維（wéi）數字模型，並根據模型自動分析出打印的工序，自動控製打印器材的走向。

 

２）精密機械，３Ｄ打印技術以“每（měi）層的疊加”為加工方式，產品的生產要求高精度，必須對打印設備的精準程度、穩（wěn）定性有較（jiào）高的要求（qiú）。

 

根據成型原理的差異我們（men）主要介紹一下幾種常用的（de）3D打印技（jì）術：

 

1、分層實體（tǐ）成型工藝（LOM），這（zhè）是曆史最為悠久的3D打印成型技術。LOM技術成（chéng）型多使用紙材、PVC薄膜等材料，價格低廉且成型精（jīng）度高。如圖所示為LOM技術的基本原理

 

 

（1）分層實體成型係（xì）統主要包括計算機、數控係統、原材料存儲與運送部件、熱粘壓部件、激光切係統、可（kě）升降工作台等（děng）部分組成。

 

（2）其中計算機負責接收和存（cún）儲成型工件的三維模型數據（jù），這些數據主要是沿模型高度方向提取的（de）一（yī）係列截麵（miàn）輪廓。原材料存儲與運（yùn）送部件將（jiāng）把存儲（chǔ）在（zài）其中的原（yuán）材料（底麵塗有粘（zhān）合劑的薄膜（mó）材料（liào））逐步送至工作台（tái）上方。

 

（3）激光（guāng）切割器將沿著工件截麵輪廓線對薄膜進行切割（gē），可升降的工作台能支撐成型的工件，並在每（měi）層成型之後降低一個（gè）材料厚度以（yǐ）便送進將要進行粘合和切割的新一層材料，最後熱粘壓（yā）部件將（jiāng）會一層一層地把成型區域的薄膜粘合在一起（qǐ），就這樣重（chóng）複上述的步驟直到工件完全（quán）成型。

 

2、立體光固化成型工藝（SLA），是目前（qián）世界上研究最為深入、技術最為成熟、應用最為廣泛的一種3D打印技術。SLA工藝以光（guāng）敏（mǐn）樹脂作（zuò）為材料，在係統控製下（xià）紫外激光將對液態的光敏樹脂進行掃描從而讓其逐層凝固成（chéng）型，SLA工藝能以簡潔（jié）且全自動的方式製造出精度極高的幾何立體模型。如圖所示為SLA技術（shù）的基本原理（lǐ）：

 

（1）液槽中會先（xiān）盛滿液態的（de）光敏樹脂，氦（hài）—鎘激光器或氬（yà）離子激光器發射出的紫外激光束在計算機（jī）的操縱下按工件的（de）分層截麵數據在液態的光敏樹脂表麵進行逐行逐點掃描，這（zhè）使（shǐ）掃描區域的樹脂薄層產生聚合反應而（ér）固化從形成工件的（de）一（yī）個薄層。

 

（2）當一層（céng）樹脂固化完畢後（hòu），工作台將下移一個層厚的距離以使在原先固化好的樹脂表麵上再覆（fù）蓋一層新的液態樹（shù）脂，刮（guā）板將粘度較大的樹脂液麵刮平然後（hòu）再進行下一層的激光掃描（miáo）固化。因為液態樹脂具（jù）有高粘性而導致流動性較差（chà），在每層固化之後液麵（miàn）很難（nán）在短時間內迅速撫平，這樣將會影響到實（shí）體的成型精度。采用刮板刮平後所需要的液態樹脂將會均勻地塗在上一疊層上（shàng），這樣經過激光固化後將可以得到較好的精度，也能使成型工件的表（biǎo）麵更加光滑平整。

 

（3）新固化的一層將牢固地粘合在前一層上，如此重複直至整個工件層疊完畢，這樣最後就能得（dé）到一個（gè）完整的立體模（mó）型。

 

3、選（xuǎn）擇（zé）性激光燒結工（gōng）藝（SLS）：SLS工藝使用的是粉末（mò）狀（zhuàng）材料，激光器在計（jì）算機的操控（kòng）下對粉末進行（háng）掃描照射而實現（xiàn）材料的燒結粘合，就這樣材料層（céng）層堆（duī）積實現成型，如圖所示為SLS的成型原理：

 

（1）先采用壓輥將一層粉末平鋪到已成型工件的上表麵，數控係統操控激光束按照該層截麵輪廓在粉層上進行掃描照（zhào）射而使粉末的溫（wēn）度升至熔化點，從（cóng）而進行燒結並於下麵已成型的部分實現粘合。

 

（2）當一層（céng）截麵燒（shāo）結完後工作台將下降一個層厚，這時壓輥又會均勻地在上麵鋪（pù）上一層粉末並開始（shǐ）新一（yī）層截麵的燒結，如此反（fǎn）複操作直接（jiē）工件完全成型。

 

（3）在成（chéng）型的（de）過程中，未經燒結的粉末（mò）對模型的空腔和懸臂起著支撐的作用，因此SLS成（chéng）型的工件不需要像SLA成型的工件那樣需要支撐結構（gòu）。SLS工藝（yì）使用的材料與SLA相比相對豐富些，主要有石（shí）蠟、聚碳酸酯、尼龍、纖細尼（ní）龍、合成尼龍、陶瓷甚至還可以是金屬。

 

（4）當工件完全成型並完全冷（lěng）卻後，工作台將上（shàng）升至原來的高度，此時需要把工件取出使用刷子或壓縮空氣把模型表層的粉末去掉。

 

4、熔融沉積成型工（gōng）藝（FDM）將絲狀的熱熔性材（cái）料進行加熱（rè）融化，通過帶有微細噴嘴的擠出（chū）機（jī）把（bǎ）材料擠出來，熔融的絲材被擠出後隨即（jí）會和前一層材料粘合在一起。一層材料沉積後工作台將按預定的增量下降一個厚（hòu）度，然後重複以上的步驟直到工件完全成型。FDM的詳細技術原理：

 

（1）熱（rè）熔性絲材（通常（cháng）為ABS或PLA材料）先被纏繞在供料輥上，由步進電機驅動輥子旋轉，絲材在主動輥（gǔn）與從動輥（gǔn）的摩擦力作用下向擠出機噴頭送出。在供料輥和噴頭之間有一導向套，導向套采用低摩擦力（lì）材料製成以便（biàn）絲材能夠順利準確地（dì）由供（gòng）料輥送到噴頭的內腔。

 

（2）噴頭的上方有電阻絲式加熱器，在加熱（rè）器的作用下絲材被加（jiā）熱到熔（róng）融狀態（tài），然後通過擠出機把材料擠壓到工作台上，材料冷卻後便形形成（chéng）了工件的截麵輪廓。

 

5、三維印刷工藝（3DP），工作（zuò）原理類似於（yú）噴墨打印機，與SLS工藝也有著類似的地方，采用的都是粉末狀的材料，如陶瓷、金屬、塑料（liào），但與其不（bú）同的是3DP使用的粉末並（bìng）不是通過激光燒結粘合在一（yī）起的，而（ér）是通過噴頭噴射粘（zhān）合劑將工件的截麵“打印”出（chū）來並一層層堆積成型的，如圖所（suǒ）示為3DP的技術原理：

 

首先設備會把工作（zuò）槽中的粉末鋪平，接著噴頭會按照指定的路徑將液（yè）態粘合劑（如矽膠）噴射在（zài）預先粉層上的指定（dìng）區域中，此後不斷重複上述步驟（zhòu）直到工件完全成型後除去模型上多餘的粉末材料即可。3DP技（jì）術成型（xíng）速度（dù）非常快，適用（yòng）於製造結構（gòu）複雜的工件，也適用於製作複合材料或非均（jun1）勻材質材料的零件。

 

6、PolyJet技術也（yě）是當前最（zuì）為先進的3D打印技術之一，與（yǔ）3DP有點類似，不過噴射的不是粘（zhān）合劑而是聚合成型材料（liào），如圖所示為PolyJet聚合物噴射係統的結構（gòu）：

 

（1）PolyJet的噴射打印頭沿X軸方向來回運（yùn）動，工作（zuò）原理與噴墨打印機十分類似，不同的是（shì）噴頭噴射的不是墨水（shuǐ）而是光敏（mǐn）聚合物。當光敏（mǐn）聚（jù）合材料被噴射到工作台上後，UV紫外光燈將沿著噴頭工作（zuò）的方向發射出UV紫外光對光敏聚合材料進行固化。

 

（2）完成一層（céng）的噴射（shè）打印和固（gù）化（huà）後，設備（bèi）內置的工作台會極（jí）其精準地下降一個成型層厚，噴（pēn）頭繼續噴射光敏聚合材料進行下一（yī）層的打印和固化。就這樣一層接一層（céng），直到整個工件打印製作完（wán）成。

 

四、3D打印優勢與缺陷

 

1、 優勢：

 

如前所述，與傳統製造技術相比，3D打印不必事（shì）先製造模具，不必在製造過程中去除大量的材料，也不必通過複雜的鍛造工藝就可以得到最終產品，因此，在生（shēng）產上可以實現結構優化、節約材料和節省能源。3D打印技術適合（hé）於（yú）新產品開發、快速單件及小批量零件製造、複雜形狀零件（jiàn）的製造、模具的設計與製造等，也適合於難加（jiā）工材料的製造、外形設計檢查、裝配檢驗和快速（sù）反求工程等。

 

另外在材料合成上，與傳統（tǒng）相（xiàng）比，3D打印將（jiāng）獲得更高的靈活性（xìng）和有效性（xìng）。這是未來（lái）3D打印發展的新領域（yù）。

 

傳統：

 

3D打印：

 

3D打（dǎ）印的共同目標是實現從一台機器中打印出各種（zhǒng）複合材料，一次性為項目（mù）實現多重製造屬性。然而，細觀結構材料技術允許我們獲得更多單（dān）一材料之外的利用價值。相比較於對不同的性能便（biàn）要依賴不一樣的（de）材（cái）料，設計師可以利用細觀結構材料技（jì）術（shù）來創造一種（zhǒng）擁有各種所需的性能特（tè）點的物體（tǐ）。

 

2、缺陷

 

（1）3D產品難以批量複（fù）製。3D在個性（xìng）化乃至（zhì）小規模生產中獨具特色，但是在批量生產方麵無法實現。

 

（2）製作過程相對複雜，尤其是對於複雜結構的產品，需要各種結構信息的采集，打印設備的（de）矯正。

 

（3）材料的突破。3D打印可以應用到很多場景，但是材料和（hé）打印工藝（yì）、技術與傳統製造工藝（yì）相比沒有優勢，這些需要產業界更好的協（xié）作推進。

 

（4）成本較高（gāo），不可複（fù）製性也是成本提升的（de）重要原因之一。技術標（biāo）準、政策體係不夠完善，教育和培訓製度急（jí）需加強，專業（yè）人才比較缺乏。

 

（5）實用性不強，對於一些產品往往隻能打印外殼或者樣機，無法像原型樣機那樣具有產品的全部功能。

 

作為快速成型機，3D是用於完成各類製造工（gōng）程中等級最低的共通部分。這導致的結果是，這（zhè）些機器可以做很多事，但做得好的卻極少。這不是因為材料特殊或控製太先進複雜而造成的困境。而真正製約3D打印技術創（chuàng）新的是（shì）我們看待這些技術的方式：隻把它看作單（dān）一的部件製（zhì）造，而（ér）缺乏係統性。

 

五、市（shì）場分析

 

美國消費者技術協會(CTA)與聯合包裹服務(UPS)近日聯合發布名為《3D打印：工業生產下一場革命》的報告，預測未來4年這個市場營收將增長2倍達到210億（yì）美元（yuán）。去年，3D打印市（shì）場價值增長了30%。

 

3D打印行業（yè）今年市場價值將達到73億美元，包括（kuò）打印機器（qì）、材料以及打印服（fú）務等。到2020年，這個行業的價值有望（wàng）達到210億美元。其中，消費電子與汽車行業將推動3D打印行業增長40%，醫療設備（bèi）則推動其增（zēng）長15%。舉例來（lái）說，全球98%的助聽器（qì）正使用3D打（dǎ）印技術製造。

 

報告（gào）中（zhōng）稱，目前2/3的製造商已（yǐ）經在某種程度（dù）上使用（yòng）3D打印技術，25%的製造商計劃將（jiāng）來采用這種技術。企業采用3D打印技術（shù）的最（zuì）大原因包括：製作原型(占比25%)、產（chǎn）品開發(占比16%)以（yǐ）及創新(占比11%)。

 

早期采用（yòng）3D打印技術的企業主要利用其製作產品原型。事實上，3D打印僅占全球製造業市場的0.04%，而且製作原型是最常見使用方式。研究公司Wohlers Associates認為（wéi），3D打印技術最終將占全球製造業市場的5%，即其代表6400億（yì）美元（yuán）的巨大機遇。

 

六、展望

 

從應用的（de）角度看，過去十年裏，涉及到3D打印的專利申請（qǐng）數量已飆升（shēng）超過800％，而專利授權數量也大幅上升。目前3D打印僅占全球製造業（yè）市場的0.04%，與十萬億美元級別的製造市場（chǎng）相比，差距明顯。

 

不過，與高效率的大（dà）規模標準化生（shēng）產相比，3D打印有其本身的優勢（shì），它可以實現定製化甚至以（yǐ）相同的成本來生產個性（xìng）化的產品，帶給消費者更多的個人（rén）價值（zhí）（不會因為產品規模化而價格下降（jiàng））。在定製化、個性化以及形狀複雜化領域包括（kuò）大規模生產沒有利潤空間的產品領域，3D打印可以大顯身手。未來，3D打印可以在時裝（zhuāng）、航（háng）空航（háng）天、醫藥衛生、食品等（děng）定製（zhì）化需求強盛（shèng）的領域創造（zào）強大的產品（pǐn）類目。

 

從長遠角度看，3D打印將為我們帶來分散式的生產工具，分散式的（de）社會化大協作將再次成為主題，未來展現在我們麵前的是個性（xìng）化與（yǔ）社會化創造的時代。3D打印將創（chuàng）建一個全新的功能強（qiáng）大的產品類別，以消除對複雜的供應鏈和過度浪費（fèi）的依賴，同時分散生產，財富和（hé）知（zhī）識的（de）潛力。3D打印（yìn）可以幫（bāng）助建立一（yī）個以生產和消費緊密（mì）結合為特征的分散的，自力更生的經濟體。