3D 打印，又称三维打印或多层堆叠打印技术。它是以数字化模型为基础的一种快速成型技术，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式构造出实际物体。由于其在制造工艺方面的创新，被认为是“新一轮科技革命的重要生产工具”。其未来发展将会对制造业产生深远的影响。

一、3D 打印原理

与2D（二维）打印技术不同，3D打印使用特制的设备（3D打印机）将材料一层层地喷涂或熔结到三维空间中，最后形成所需的对象。通常，3D打印需要经过建模、分层、打印和后期处理四个主要阶段。目前，3D打印机已能实现较高精度的制造，即便是低档廉价的型号，也可以打印出模型中的大量细节，而且比使用铸造、冲压、蚀刻等传统方法能更快速地创建原型，特别是传统方法难以制作的特殊结构模型。

二、3D 打印发展现状

3D打印技术早在20世纪90年代中期就已出现，但由于价格昂贵，技术不成熟，早期并没有得到推广普及。第一台商用的3D打印机出现在1986年，但3D打印技术的真正确立，是以美国麻省理工学院的Scans E.M.和CimaM.J.等人于1991年申报的三维打印专利为标志的。1993年麻省理工学院获得3D打印的专利。经过20多年的发展，该技术已更加成熟、精确，且价格有所降低。目前，在3D打印领域比较著名的公司有3D Systems等。

在打印技术方面，目前，主流打印机能够在0.01毫米的单层厚度上实现600dpi分辨率的打印精度，较先进的产品已经具备每小时2.54厘米（1英寸）以上的垂直打印速率，并可实现24 位色彩的彩色打印。用于打印的材料涵盖石料、金属及目前占主流地位的高分子材料，甚至面粉、蛋白粉等食品原料。目前，已经开发出的可打印材料约14类，可混搭出100多种耗材。在造价方面，3D打印机的售价正在迅速降低，MakerBot公司新推出的低端打印机Replicator 2的售价已经下降到2199美元，高端的Replicator 2X 也仅售2799 美元，预计几年后家用型的3D打印机会降价到100美元以内。

3D 打印的应用领域正在迅速扩张。在消费电子、航空和汽车制造等行业，3D打印可以较低的成本和较高的效率，生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。位于纽约的创意消费品公司Quirky支持设计师在线提交设计方案，通过3D打印制成实物，并通过电商网站销售，每年推出60 多种创新产品。在医疗领域，3D打印被用于制作人体器官的替换材料。2013 年年初，欧洲的医生和工程师利用3D 打印定制出一个人造下颚以替换病人的受损骨骼，成功地使病人得以康复。同时，德国的研究人员正在采用3D打印技术制造具有生物相容性的人造血管。在建筑领域，意大利发明家恩里科·迪尼发明了一台可以用沙子直接打印立体建筑的巨型3D打印机。此外，全球第一家3D打印照相馆也于2013年年初在日本开业，用户经过拍照、建模、打印三个阶段，就可以为自己制作一个三维头像。

自20 世纪90 年代起，我国的科研机构也已经开始研发自主知识产权的3D 打印机，清华大学、北京航空航天大学、华中科技大学、西安交通大学等高校都取得了不俗成绩，基本与西方发达国家处于同一水平，研制出了多种类型的3D打印装备和材料。其中，北京航空航天大学率先研发出飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术，这是国际上3D打印领域内的重大突破。华中科技大学研发的大型3D打印机，可通过激光将原材料制造成复杂的工业零部件或生活用品。2012年年底，工业和信息化部宣布加强顶层设计和统筹规划，以推动3D打印产业化，并组织制定发展路线和中长期发展战略，完善3D打印的技术规范与标准。

三、3D 打印发展前景

国际快速制造行业权威报告《2014沃勒斯报告》称，全球3D打印产业产值在1988-2010年保持着26.2%的年均增长速度，2011-2013年增速增至32.3%，2014年进一步增至34.9%。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。

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。

3D打印给我国制造业带来机遇与挑战。目前，3D打印产业刚进入成长期，全球竞争刚刚拉开序幕，我国的技术水平与国外相比落后不多，具有极大的赶超可能。我国制造业企业必须加深对即将到来的产业革命的认识，积极应对新技术的挑战，包括认识3D 打印对于产品研发的重要提升作用、对产品性能的优化作用、开放式设计、定制化生产等的可能性。

参考文献

［1］赵竹青．我国工业机器人密度不足世界均值一半［EB/OL］．人民网，［2015-04-22］. http: //scitech.people.com.cn/n/2015/0422/c1007-26885878.html.

［2］ University of Huddersfield. 3D Printing Opens Educational Doors for the School of Art & Design ［EB/OL］．［2013-05-22］. http: //www.zcorp.com/documents/14_CaseStudy-Huddersfield-FINAL.pdf.

［3］胡迪·利普森，梅尔芭·库曼．3D 打印：从想象到现实［M］．赛迪研究院专家组，译．北京：中信出版社，2013.

［4］ RUTH JACQUES. 3D Printing Skyrockets Elementary Students Design Skills［EB/OL］．［2013-03-16］．http: //blog.stratasys.com/blog/entrytest/3D-printing-skyrockets-elementary-students-design-skills.

［5］王文涛，刘燕华．3D 打印制造技术发展趋势及对我国结构转型的影响［J］．科技管理研究，2014（6）.