推开“工业革命”的大门 3D打印技术带你一探究竟

推开“工业革命”的大门 3D打印技术带你一探究竟。

自年初开始，很多媒体、资深科技达人以及一些智能数码产品发烧友将前景沉浸在了具有虚拟和现实作用的VR领域，而且很多新闻、发布会以及国家政府出台的相应政策，也将重点全力指向这个领域或是这个行业当中。虽然按照业内人士来说，VR的的火热爆发，将会带动科技风向标的转动，不过仁者见仁智者见智，小编却另有想法。如果用一个词来形容VR起的作用，那就是“饥渴”。因为在小编看来，绝大多数企业也好，还是引入这项技术的产业也好，只有少部分涉及到了游戏，更多的还是用在了成人视频这一块。所以VR是一种意淫。

想必也有人说，你既然觉得VR不自量力，肯定是要抛砖引玉的吧。没错，在小编看来，VR的真正起到的实际意义作用并不大，而且很容易沉迷当中。而在高科技角度，3D打印的出现，倒是从各个领域都改变了人们的生活状况，也推动了第四次工业革命的发展。所以业内人士，有部分还是力挺3D打印技术，认为它才是整个科技界的“王炸”存在。

既然我们谈到了3D打印技术，就不能轻描淡写的一带而过。最近网上也是流行一些恶搞的视频，部分工作压力大的人，通过液压机将3D打印模具给压扁，来寻求快感，虽然看着很爽，不过第一，你不知道什么是液压机；第二3D打印模具纯粹就是看一个乐呵，所以除了打发时间根本没学到知识。3D打印，顾名思义就是打印立体的东西。其实呢3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以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”的名称源于其使用喷墨打印机喷嘴的方法。与一般打印机一样，3D打印机也是使用喷嘴制作截面形状，有从喷嘴直接喷射立体模型材料(光硬化性树脂、蜡)，以及喷射粘合剂使粉末材料固化这两种方法。

多领域技术植入 全球3D打印市场已成规模

工业型3D打印机代表着最前沿的3D打印技术，在工业机型上新技术总是能最快地转化为生产力实现商业价值，从而反向地推动3D打印技术的发展；这样一来在消费领域，更先进、更好用的3D打印机也会被更快地推出。我们有理由对工业级的3D打印机给以持续的关注。工业级的产品为例达到不同的目的，使用了多种多样的技术，就是为了快速成型生产，虽然3D打印成本高，但是其附加价值更高，这是他们存在的价值所在，并且已经存在三十年了。

既然3D打印依然占据工业领域的脉搏，3D打印的工业应用未来将变得平台化、智能化、系统化。它将不仅仅是研发流程和生产工艺中单个环节的应用，孤立的技术，而是对传统制造业的全面渗透和覆盖，甚至是商业模式的创新。3D打印与机器人、物联网、大数据、云计算等领域的结合也将更加密切，进而削减仓储成本、优化供应链管理，在打造“智能工厂”、构建“智能生产”、实现“智能物流”中扮演更重要的角色。此外，3D打印技术也将成为万千创客发挥创意、小型团队验证设计可行性、推动万众创新的重要助力。

比如汽车领军品牌兰博基尼，它通过Fortus 3D打印系统20天内就设计构建并组装出新款Aventador的1/6比例原型，包括车身、底盘和零件，总成本3000美元，相比传统的制造方式节省高达92%的开支；而鞋中的佼佼者阿迪达斯，采用Objet Connex500实现了设计和开发过程的早期阶段执行功能测试，使原本需要由 12 名技术人员手工制成的运动鞋原型通过3D打印技术迅速并准确的完成，从而获得真正的竞争优势；包括家电当中的知名品牌海尔，其通过3D打印技术颠覆了传统的模型制作方式，让产品模具节约69%的模型制作时间。 Fortus 900mc 3D打印系统在直接制造方面的优势也帮助应对紧急需求。

目前3D打印可以替代的行业主要有金属制品业、工艺美术品制造、文教体育用品制造、家具制造业、塑料制品业、橡胶制品业等等。工艺美术品制造业的发展潜力和替代性都很好，但该行业本身产值较小；其次是金属制品、化学纤维制造业和非金属矿业制品业，替代性和发展潜力较好，且其本身市场份额客观，未来发展的空间较大；而对于纺织服装、皮革皮毛羽毛制品来说，3D打印的替代性很小，未来的发展值得再考虑。

从20世纪90年代开始，全球3D打印市场规模一直保持高速增长态势。从2010年至2015年，全球3D打印市场规模从13.26亿美元增至51.65亿美元，实现超过30%的年均复合增长率。随着产业链的逐渐完善，预计2018年全球3D打印市场规模将超过100亿美元。

在3D打印领域专利技术的申请类型中，发明申请的数量多于实用新型，这说明3D打印这一新兴领域仍处于技术发展期，各大科技企业与科研院校的研发重点是该领域的核心技术，而非外围技术。

如果我们从3D打印技术专利申请的区域来看，中美日英韩5国，尤其中国是3D打印专利申请区域的集中地。一方面，中国拥有着巨大的3D打印市场被该领域几乎所有的国际巨头所认可；另一方面，中国政府也对3D打印技术进行了政策扶持，众多的科研院校及企业受此影响进入了3D打印领域。

3D打印已初见成效 成绩斐然前进一步

众所周知，在增材制造金属零部的过程中的快速加热和使用激光生成的高温能够提高零部件的强度，但是同样的工艺也可能导致空隙或毛孔，从而削弱该零部件。依靠3D打印技术完成的软件模型，将使金属增材制造远离经验主义，并朝着更加科学的方向迈出一大步。对于构建空间内不断变化的环境条件的了解可以让系统获得对金属3D打印对象更精确的控制，从而可以实现耐用部件的可重复打印。

尽管3D打印技术已经经历了很长的路，我们能够看到各种各样的3D打印零件、产品、玩具、植入物假体等，但是要打印出器官依然很难。不过美国Techshot的公司宣称2024年将在太空3D打印活体心脏，也就是说通过这个巨大的医学突破，改变等待心脏移植手术的患者的生活，希望能够用患者自己的干细胞制造出人类的心脏，从而可以消除异体心脏移植所具有的巨大风险。

迅猛发展工业级市场现缺口 高校新增3D打印专业变热门

作为快速成型技术的一种，3D打印近几年来热度不减，越来越多的企业、研究院所，甚至普通行业都将触角伸向3D打印。有数据显示，2009-2014年，全球3D打印市场以年均30.1%的复合增速增长，2012年全球3D打印设备市场规模为22.04亿美元，2017年预计达到50亿美元，2028年将超过百亿美元。巨大的市场缺口、广阔的发展前景，3D打印这块沃土吸引了众多专家学者和企业去探索、挖掘。

不同于桌面3D打印机，工业级3D打印机体积大、精度高、使用的材料和技术也有所不同，主要包括SLA和SLS等。据调查显示，中国国内现在90%的3D打印企业是做打印“小玩意”的桌面机，工业3D打印机的竞争尚未真正开始。目前国内3D打印的市场主要分为四大类：大众消费群体、学校事业单位招标、工业类需求和医疗市场。其中，桌面FDM机器组装实际用途有限、客户需求也逐渐趋于饱和，而工业类市场比较看中实际的成型产品效果和经济性，这块市场也是最具有持续发展潜力的。

因此，诸多学校也是开设这种热门的学科，以“中国3D打印第一人”颜永年教授及其团队为代表的清华机械系在3D打印领域做出了重要的贡献，在高端装备制造、金属3D打印、生物3D打印等领域均有前沿的研究，颜永年教授曾3次获得国家科技进步二等奖。从清华所毕业的校友，从事3D打印行业并成立公司的不在少数。

而西安交通大学在3D打印领域中有着举足轻重的地位，国内工业级SLA的技术基本上全部来源于西安交通大学，卢秉恒院士也是中国3D打印行业第一个院士。如今，工业SLA 3D打印技术在手板制作，产品研发等领域用途非常广泛。

相比之下，北京航空航天大学在3D打印领域有着卓越的成绩，2012年王华明凭借“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获“国家技术发明一等奖”，并于2015年当选为中国工程院院士。王华明院士团队的研究成果，主要集中于大型复杂金属结构件的制造，为中国航空航天的快速发展提供强有力的支持。

写在最后：

就现在而言，3D打印技术虽然无法应用于大规模生产，但是对于小规模制造，尤其是高端的定制化产品，有着无比的优势。目前 3D打印已经广泛应用于军工、航天、医学、建筑、汽车、电子、服装、珠宝首饰等种领域。3D打印技术也被《时代》周刊选为2014年25项年度最佳发明。3D打印依然存在一些问题， 3D打印机目前还存在技术相对单一、设备便携性差、效率低下、材料受限制、精度不够，成本较高等问题。而制作出来的东西相对于工业化大规模生产出的产品毛刺较多，需要打磨，质量较差，难被消费者认可。但是随着我们科研人员的不断努力，相信这些技术问题都只是暂时的。而3D打印出来的产品也最终会打动消费者，获得市场的肯定。