近年來(lái)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(shè)了相關(guān)專(zhuān)業(yè)，很多地方政府在財(cái)政補(bǔ)助、土地供應(yīng)、貸款貼息、用水用電價(jià)格等各個(gè)方面都出臺(tái)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(cuò)過(guò)這趟車(chē)，意圖分取一杯羹。美好藍(lán)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?。?/p>

3D打印技術(shù)，萌芽于上世紀(jì)末期，發(fā)展于本世紀(jì)初。它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)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(gòu)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(jī)的標(biāo)準(zhǔn)三角語(yǔ)言）。3D成型機(jī)通過(guò)讀取、解析接收的STL文件，構(gòu)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(fù)雜，下面會(huì)有具體實(shí)例說(shuō)明）

3D打印機(jī)

     最早實(shí)現(xiàn)它的，是一個(gè)美國(guó)人。1983年3月9日，Charles W.Hull發(fā)明了世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)。1986年，Charles W.Hull在全球建立了一家生產(chǎn)3D打印設(shè)備的公司，即3D Systems。它開(kāi)發(fā)了現(xiàn)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(jī)。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(jié))、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(yùn)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(yī)療行業(yè)，甚至是食品產(chǎn)業(yè)、生活用品，都能發(fā)現(xiàn)它的影子。2011年，荷蘭醫(yī)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(guó)王的見(jiàn)證下，我國(guó)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(guó)持續(xù)增長(zhǎng)的住房危機(jī)。

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(tǒng)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(tǒng)加工制造方法對(duì)復(fù)雜形狀加工的限制，使人類(lèi)在加工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)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(zhǎng)時(shí)間的結(jié)果。

2.在特殊領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，是3D打印技術(shù)的顯著特點(diǎn)。在醫(yī)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(yī)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(nèi)，最終患者成功康復(fù)。

3D打印航天零件

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

我國(guó)的殲-20戰(zhàn)機(jī)的制造也運(yùn)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(qiáng)，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(jù)打印機(jī)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(dāng)高的。

4.個(gè)性化定制是其極大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)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(xiàn)，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。

5.它是“中國(guó)制造2025”計(jì)劃中的重要一環(huán)。為了打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)，提升我國(guó)綜合國(guó)力、保障國(guó)家安全、建設(shè)世界強(qiáng)國(guó)，我國(guó)政府推出了實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)，即《中國(guó)制造2025》計(jì)劃，確定以智能制造為主攻方向，涵蓋機(jī)器人、物流網(wǎng)等基于現(xiàn)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(jì)劃的重中之重，在計(jì)劃全文中共出現(xiàn)6次，貫穿于背景介紹、國(guó)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(xiàn)出我國(guó)對(duì)3D打印的重視程度，彰顯了在戰(zhàn)略層面我國(guó)對(duì)制造業(yè)發(fā)展面臨的形勢(shì)和環(huán)境的深刻理解。

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

     1.成本較高。高精度的3D打印機(jī)都是比較大型且昂貴,技術(shù)專(zhuān)利基本掌握在國(guó)外公司手中，要購(gòu)買(mǎi)和取得技術(shù)許可都需要花費(fèi)大量金錢(qián)。從3D打印應(yīng)用的領(lǐng)域看，它主要用于航空航天、人體器官醫(yī)療、古董配飾等行業(yè)，這些都屬于高端制造業(yè)。通常，傳統(tǒng)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(dāng)強(qiáng)、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(guó)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(yīng)用成效顯著，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(duì)3D打印產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成致命影響。因?yàn)閷?duì)于任何一種制造技術(shù)而言，材料都是重中之重，都是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。如果不能在材料端的研究取得突破，那么后續(xù)的技術(shù)發(fā)展也難以實(shí)現(xiàn)。

3.產(chǎn)品層次低。除了幾個(gè)大型國(guó)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(xiǎn)的能力也不足，特別是在研發(fā)上的經(jīng)費(fèi)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(xiàng)目是由英國(guó)巴斯大學(xué)Adrian Bowyer等人所發(fā)起，主要目的是希望能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)和制作出一款面向所有普通用戶(hù)的3D打印機(jī)。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(guī)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(tái)。這導(dǎo)致簡(jiǎn)單桌面級(jí)的3D打印設(shè)備套件競(jìng)爭(zhēng)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(jí)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(yán)重。比如在納米3D打印技術(shù)方面，我國(guó)研發(fā)的力量不夠，基礎(chǔ)研究不多，無(wú)法創(chuàng)造未來(lái)優(yōu)勢(shì)技術(shù)。

工業(yè)級(jí)與開(kāi)源精度對(duì)比

   若將3D技術(shù)應(yīng)用于建筑業(yè)，當(dāng)然可以大大提高工作效率。但是，在質(zhì)量檢驗(yàn)和工程驗(yàn)收時(shí)卻犯了難，因?yàn)?，目前我?guó)根本就沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)去完成驗(yàn)收，而只能采用傳統(tǒng)建筑業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。但是用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，顯然是無(wú)法完成這項(xiàng)工作的，因?yàn)椋?D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(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是決不允許發(fā)生這種事情的。

     事實(shí)上，纖維材料的強(qiáng)度是鋼筋混凝土強(qiáng)度的3至5倍，但它會(huì)被舊標(biāo)準(zhǔn)評(píng)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(lì)優(yōu)勢(shì)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(zhuǎn)化，這才是目前的重中之重。