了解这十个问题，轻松读懂3D打印技术
前不久，笔者参加了一场由e创客举办的“北京3D 打印研究院考察团-百人行”活动，汇集了医院、汽车工业、食品生产、建筑设计、3D打印厂商、媒体等行业人士，并邀请了卢秉恒院士(中国3D打印领域唯一的院士)进行了分享。卢秉恒院士不仅阐述了3D打印的发展现状，也描绘了未来的发展趋势，更断定3D打印未来潜力无限。
北京3D 打印研究院院长卢秉恒院士
现场出现了一个小插曲，卢院士打趣道：“未来3D产业大发展，某个企业家名字就倒过来写。”流露出对3D打印技术发展的信心。说者无心，听者有意，好事儿的笔者“人肉”了这位业界大佬——鸿海董事长郭台铭。
两年前，外媒盛赞3D打印技术为“第三次工业革命”，甚至连美国总统奥巴马也看好该技术的发展空间。但鸿海董事长郭台铭却持相反的看法，并语出惊人的说：“如果真的是，那我的‘郭’字倒过来写。”这一争论伴随着3D技术的发展，热度持续走高。3D产业究竟发展如何?我们从10个基础的问题入手，逐一揭开!
问题1、什么是3D打印?
3D打印，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。通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。
问题2、3D打印是新技术吗?
3D打印大约在2011年的时候正式进入了国内媒体的视野，而且持续升温，但是它的出现比较久远。据郭台铭讲述，早在30年前，鸿海就已经在使用3D打印技术。但这项技术的缺点是，其无法量产并商业化，不具备商业价值。以电话为例指出，3D打印机可以将电话打印出来，但只能看，不能用。因此，3D打印商品无法加上电子零件进行组装，也无法成为电子产品量产。整体上看，国外技术比较先进，中国正在加速追赶，并在某些领域实现了赶超。
问题3、3D打印有哪些技术?
3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。
有前瞻者预计，以激光金属烧结为主要成型技术的3D打印设备，将会在未来工业领域的应用中，获得相对较快的发展。
问题4、3D打印有哪些应用?
关于3D打印的报道有很多，但是老百姓似乎很难感受到这个新科技的成果，大都是一些比较高端的领域，比如飞机关键部件制造。波音公司，目前估计已经有超过20000件3D打印的零部件在波音公司的飞机上使用，不过这些部件都是塑料材质的。如今，3D打印技术在民生领域应用也非常广泛，比如展会上一些小型工艺品的制作，电影道具的制作等。
▲如图，正在扫描模型做数据采集
▲如图，3D打印的工艺品，具有传感功能
在医疗领域，生物3D打印的应用主要包括：细胞打印、组织工程支架和植入物打印、假体打印和手术器械打印。比如，杭州电子科技大学的科学家自主研发出一台生物材料3D打印机，该3D打印机使用生物医用高分子材料、无机材料、水凝胶材料或活细胞，目前已成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝脏单元等，细胞存活率高达90%。
总的来讲，3D打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
问题5、3D打印改变了什么?
1、有观点认为，3D打印主要是对机械加工环节中铸造和切削等工艺带来较大影响，而对冲压等工艺影响不大。比如说，硬币都是冲压，用3D打印非常不划算。
2、3D打印最大的特点快速建模，对制造业来讲，从某种程度上提升了效率，以飞机制造为例，有了3D打印技术，波音公司可以不用设立多个库存中心存放零件备件，然后再运输到需要的位置，这很容易导致时间的延误;只需搭建其一个拥有零备件CAD设计文件的在线模型库，任何地方只需一台3d打印机就可以在几分钟或几小时内制造出他们想要的备件。
3、开启了新的制造模式和产业合作模式。去工厂化，很多产品、零部件的生产不需要传统的技术工人，而是需要构建CAD文件库，拥有一台3D打印机即可完成生产。但是，现阶段，对3D打印人才的需求较高。
问题6、3D打印的发展现状?
如今已不同往昔，3D打印无论是从技术、材料、设备和应用都逐步实现突破。从应用的角度看，过去十年里，涉及到3D打印的专利申请数量已飙升超过800%，而专利授权数量也大幅上升。
但是整个市场份额还很低，据卢院士讲仅有几十亿美元，与数万亿美元的制造市场相比，差距甚远。同时，卢秉恒院士还提到，企业进入这个领域还是要慎重，毕竟市场还没有成熟。中短期内，这一领域的应用仍会集中在产品设计和工具制造环节。
问题7、中国的3D打印发展现状?
1、在科研领域已经积极跟进，建立了北京3D 打印研究院，院长是卢秉恒(中国3D打印界唯一的院士)。该研究院由北京城市学院和西安交大快速制造国家工程研究中心共同组建，以快速制造技术开发，技术应用，技术服务为主的公共服务平台，里面有一大批3D打印相关设备，也是外界认识3D打印最重要的窗口。细心的朋友可以发现，在北京北四环边上的一栋非常醒目的楼，挂着“3D打印研究院”的牌子，这里就是北京3D打印研究院驻地。
2、在工业和应用领域，对于工业领域而言，国内在激光熔覆方面的技术具有一定优势，这有助于在以激光烧结为成型技术的3D打印设备制造和打印服务领域进行发展。对于个人消费领域，应用的推广速度取决于对于3D打印这一技术认知的提高，以及相关辅助平台，如软件设计，制作文件库的发展。目前认知度的普及和软件、设备的发展都处于起步阶段。
问题8、3D打印的东西不牢靠?
有人认为，3D打印的产品是一个一个的点堆积的，强度低不牢靠，不能用于核心部件。卢院士不同意这个观点，他认为，每个点都是局部高温高压，形成的产品强度优于锻造技术。这不，中国西北工业大学用钛合金激光3D打印技术生产了长度为5米的飞机主承力梁，在飞机制造中的应用算是一个佐证了。
不过，也有一些关键的部件或者材料使用3D打印存在疑问，例如F-35B战机可开闭的钛合金发动机舱门以及机身钛合金隔框，依然采用传统的锻造工艺进行制造。除了对3D打印新技术的谨慎，更可能的是美国目前的钛合金3D打印产品的强度不过关或者尺寸不足。此前，美国钛合金3D打印技术就一直被这一问题所困扰。
看来，对于这方面的争论还会持续下去。
问题9、3D打印还有哪些困难要克服?
1、产品难以批量复制。3D在个性化乃至小规模生产中独具特色，但是在批量生产方面无法实现。
2、制作时间较长，尤其是对于复杂结构的产品，需要各种结构信息的采集，打印设备的矫正，过程相对复杂。
3、材料的突破。3D打印可以应用到很多场景，但是材料和打印工艺、技术与传统制造工艺相比没有优势，这些需要产业界更好的协作推进。
4、成本较高，不可复制性也是成本提升的重要原因之一，4、技术标准、政策体系不够完善，教育和培训制度急需加强，专业人才比较缺乏。
5、实用性不强，对于一些产品往往只能打印外壳或者样机，无法像原型样机那样具有产品的全部功能。
问题10、3D打印十个发展趋势
卢院士作为国内唯一的3D打印院士，在3D打印行业积累了丰富的研究成果，并分析了未来3D打印的十个发展趋势：
1、3D打印将可以用任何材料，在任何场所，在任何领域，打印出任何形状的任何数量的产品。3D打印应用将无所不在。
2、3D打印将引发个性化制造的大潮流，社会进入个性化生产时代。
3、3D打印从控形制到控形控性制造，也就是不但可以打印出来物体的形状，而且这个物品还有优良的性能。3D打印材料的成型过程控制是关键。
4、3D打印的装备将融合工业4.0，变为更为智能化。
5、用3D打印技术来改变某些产品和装备的生产工艺，甚至重新设计，将是3D打印技术赚钱的重要途径。例如GE飞机发动机的燃油喷嘴，用3D打印技术来制造之后，节省15%的燃油。
6、3D打印将在很多领域发挥核心优势，使得产品制造更为节省材料。
7、3D打印将从宏观走向微观。例如微型传感器的制造。
8、3D打印将走向4D打印，甚至5D打印。4D打印是利用环境的不同(例如时间、温度、电场等)，进行结构变形。5D打印是打印出来的生命体，会进行生长，进而发展形状和功能的变化。总的来讲，3D打印是打印出一个形状，4D打印是打印出的这个形状之后还会变形，5D打印是打印出形状之后不但会变形还会变功能，不断多出一个维度。
9、3D打印技术将为科技领域带来新的思维方式，有利于重大的科技创新。
10、未来3D打印将在制造业上与等材、减材三分天下。从制造业的原理结构上，包括变形制造、减材制造、3D打印三大方面，未来3D打印产业将占制造业1/3比重，与其它两种制造方式三国鼎立。
小结
通过与3D产业界人士的沟通和交流感受到：首先，这个产业的关注度正在日益升高，关注人群来自各行各业，这是产业发展的良好氛围。其次，有不少专业领域的设备和技术应用不断被突破，推动3D打印更进一步。再次，科研结构已经迈开了人才培养、教育宣传、产业对接的步伐，3D打印研究院的开放参观就是例证。最后，政策指引，产业协作，市场完善才是推动整个产业进步的原动力，这些元素都已经形成，等待更多市场串联和迸发的机会。郭台铭的“郭”能否倒过来写，还需要假以时日，但是这个苗头已经看到了。
(责任编辑：admin)
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