材料，通过逐层打印的方式来构造物体，形成“数字化制造”的一种新技术。3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。根据所用材料及生成片层方式的区别，3D打印技术路径和实现方法大致归纳为挤出成型、粒状物料成型、光聚合成型三大技术类型，每种类型又包括一种或多种技术路径。
近年来，随着3D打印技术的不断革新以及打印材料的多样化发展，这项新技术被广泛应用于工业领域、军事领域、医学领域和消费领域。如今已涉入到高精尖的技术领域，并在航空航天、纳米技术、生物工程、克隆技术、医疗技术等行业占据越来越重要的地位。
3D打印技术彻底改变了传统制造业通过模具、浇铸、锻造、车铣、数控等机械方式对原材料进行加工定型，而是通过“数字化制造”对材料处理并逐层叠加打印，最后形成三维实体。这种“数字化制造”模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，而是直接由计算机中的图形数据，通过3D打印逐层叠加便可生成任何形状的物件，不仅大大降低了制造的复杂度，而且还大幅度降低了原材料损耗和加工成本，重要的是还可以大大缩短产品的加工时间，成倍提高效率。
毫无疑问，3D打印技术正在推动和改变我们的世界。中国3D技术产业联盟副理事长、南京紫金立德有限公司连宁总经理，在不久前召开的首届世界3D打印技术产业大会上指出：“3D打印技术产业是一项正在受到全球高度关注、具有前瞻性、革命性、创造性、设计面十分宽广的新兴产业技术。”
对此，3D Systems公司全球副总裁Cathy Lewis女士说：“我们相信3D打印技术未来将会引发制造业生产模式的变革。更重要的是，我们发现3D打印技术和功能让创造更加平民化，这是对所有人最大的也是最积极的影响。每个人利用3D技术去创造和呈现，就代表了真正的工业革命。”
神奇打造未来世界
3D打印，也被称为“快速成型技术”。近年来，3D打印技术的应用越来越广泛，主要集中在工业制造、军工生产、生物工程，以及消费领域。随着材料科学的快速发展，快速成型技术正在各个领域不断延伸，比如打印建筑物、打印汽车、打印人体器官、打印骨骼，还可以用3D打印机打印自己设计的衣服和喜欢吃的食品。然而，这仅仅是开始，从现在的发展势头来看，很快就会在各个领域大显身手。由于这项技术带有“革命性”突破，因此具有非常大的发展潜力。随着技术不断完善，它的神奇之处在于可以打印出我们所想象的任何物品，甚至为我们打造一个全新的未来世界。
在航空领域，3D打印技术已经应用到了新机的研制。美国早在1985年就秘密开始了钛合金激光成型技术研究，1992年才将这项技术公之于众。在2002年，美国已将激光成型钛合金零件装上了战机。今年1月14日，美国Sciaky公司宣布，他们已成功掌握了突破性的直接制造技术，使用电子束进行钛合金3D打印，可以制造较大的飞机零部件。为此，美国空军和军工巨头洛克希德·马丁公司立即宣布，与Sciaky加强合作，用该公司生产的襟副翼翼梁装备正在生产的F-35战斗机。据估计，如果3000多架战机都使用这种技术制造零部件，不仅大大提高“难产”的F-35战机的部署速度，而且还能节省数十亿美元成本。目前，使用3D打印钛合金零件的F-35已经进行了试飞。
在美国，3D打印技术还被大量应用于武器装备的研发。美国军方应用3D打印技术辅助制造导弹用弹出式点火器模型。美国海军还在寻求通过在机器人体内植入3D打印机，使机器人实现“相互沟通、协作以及制造”等能力。也就是说，美国海军希望能利用机器人来生产更多的机器人。此外，美国GE航空集团已应用3D打印技术制造喷气发动机，并将所有的专门技术应用于下一代军用发动机。
我国近年来3D打印技术发展应用很快，特别是在飞机研制方面，有些项目已经走世界的前列。据媒体报道，现在我国已经成功把3D打印技术应用到军用战机、民用飞机、C919等大飞机的研制上，大大提高了研制速度。中航工业副总工程师孙聪，在今年两会期间接受媒体采访时说，3D打印技术的采用为歼-15的成功作出了巨大贡献。让世界震惊的不光是技术，更因为航空工业的发展体现了中国速度。
3D打印在生物医学领域的应用更是令人称奇，目前正在探索的应用除了假牙和假肢外，在生物材料引领下，还将在组织工程方面大有用武之地。由于每个人的身体构造、病理状况都存在特殊性和差异化，因此，当3D打印技术与医学影像建模、仿真技术结合之后，就能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应。甚至可以用实验室培养出来的细胞介质打印出一个人体器官，或用糖物质混合物打印出一个血管组织。据英国《每日邮报》报道，英国依靠3D打印技术应用，为一位半脸男子重做了“新脸”。
除此之外，3D打印技术还应用于科学研究、建筑设计、文物保护、食品产业、制造业及日常生活用品制作。据报道，目前，国外已经通过3D打印技术成功地打印出了手枪、自行车、汽车、电控飞行器等物。2012年，美国3D打印服务提供商已经打印了75万种产品，使用的材料包括塑料、不锈钢、银、陶瓷和玻璃等，数量之多令人惊叹。欧洲空间局还在研究通过3D打印，用月球风化土壤建造月球基地的可行性。
广泛应用还有很长的路要走
尽管3D打印技术被媒体热炒，但作为一项新技术必然还有待不断完善，同时也意味着距离广泛应用还有很长的路要走。随着应用领域的需求不断拓展，3D打印的问题也日益凸显。主要表现在两个方面：
一个是技术问题。在很长一段时间里，这种3D打印由于受技术和资金等原因限制，实际应用仅限于较小的零部件制造。特别是在航空领域飞机钛合金零部件制造方面，其技术瓶颈一直难以突破，这主要是由于钛合金在制造过程中容易变形、断裂的技术难题无法解决，美国始终无法生产高强度、大尺寸的激光成形钛合金构件。尽管今年初，美国Sciaky公司宣布他们已成功掌握了突破性的直接制造技术，使用电子束进行钛合金3D打印，制造的零件尺寸可以达到5.8米×1.2米×1.2米，但还远远难以满足实际应用的需求。
时下，3D打印技术可以打印出我们设计出来的任何东西，但它打印出来的东西不一定就能实际应用。比如，3D打印技术打印出的杯子虽然一定是杯子，但我们不能用来喝水。用来喝水的杯子要考虑到材料是否环保，而且打印的产品造价肯定远远高于传统方式制造的杯子。另外，3D打印所制造的飞机、汽车、手枪等只是外观相似的模型，其内在的电子元器件和成千上万个零部件是不能一下子打印出来的。因此这项技术在短时间内还不能取代传统制造业。不过，3D打印技术依然是一项前沿性、先导性很强的技术，可以实现传统制造业转型。
一个是材料问题。现在业界的注意力主要集中在做3D打印设备、硬件、软件的研究，而对3D打印所必需的材料的开发研究缺少足够的重视，因此造成该技术推广应用出现瓶颈。目前，国外3D打印的材料已有100多种，而我国国产材料仅几十种。工业级的3D打印材料十分有限，适用的金属材料只有10余种，而且还需要专用的金属粉末材料才能获得满足要求的金属零件。家用领域的材料也仅限于石膏、光敏树脂、塑料等，难以满足大众用户的需求。据了解，以色列的Object公司可以在14种基本材料的基础上混搭出107种材料。然而，这些材料的种类与现实世界中的需求相比，仍然相差甚远。有关专家认为，目前材料问题已经成为阻碍3D打印发展的主要障碍。可适用的材料成熟度跟不上整个3D打印市场的发展。此外，还存在打印时的流畅性与固化程序需要时间的矛盾、冷却定型与材料强度的矛盾，以及材料对人体的安全性及对环境的友好性的矛盾等，关键在于材料技术能否有新的突破。如果找到一种材料，它能够集合刚性、韧性、强度、磨损寿命、耐酸、耐碱、耐温、润滑、导电、绝缘等各种条件，这样才能真正做到一次性成型，一次性直接使用，这时新一轮的工业革命才有可能真正到来。
对此，中国工程院院士徐志磊指出，未来应针对3D打印制定通用的材料物性标准，使3D打印的适用材料（特别是金属材料）通用化，降低3D打印的应用门槛，从而使3D打印的应用范围更广泛。
3D打印技术的趋势与影响
随着3D打印技术不断完善、发展及广泛应用，将会彻底颠覆传统观念，不仅会对传统制造业带来巨大冲击，而且还会促进新市场的出现和崛起，必将对人们的生产生活产生深远的影响。从3D打印技术发展的强劲势头来看，其趋势及影响主要表现为：
一是应用范围不断扩展。目前，3D打印技术应用主要集中在工业领域、医学领域及消费领域。随着需求的日益扩大，3D打印技术的应用范围将不断扩展，特别是不断开发的新材料直接应用到3D打印，使其充斥到人们生活的各个方面。在工业领域，这项技术已经广泛应用于航空航天飞行器重要零部件制造；在医学领域，已经用该项技术成功打印出人体骨骼、牙齿和肝脏、心脏等器官；在消费领域，各类3D打印的电子产品、艺术品以及日用品将充斥生活的各个方面。值得注意的是，3D打印技术正向个人化定制方向发展，由于只需要一张三维图就可以“制造任何东西”，如果3D打印机进入家庭，每个人都可以是一家工厂。有关专家认为，3D打印的应用范围之广可能超乎人们的想象，理论上说几乎只要存在的东西都可以通过3D打印机制造出来。
二是对传统制造业带来巨大冲击。3D打印技术是一项“变革性”的短周期、低成本、数字化先进制造技术。该项技术的优势在于可节省时间和材料，能在短期内快速打印出所需的各种高端、精密的零部件。不用制模和其他复杂的传统工序，制造的成本比传统的数控加工要低很多。传统的制造工业不仅需要花费更多的时间，还会浪费更多的昂贵材料。一般来说，传统工艺只使用了10%的原材料，其他的都在铸模、锻造、切割和打磨过程中浪费了。而3D打印技术彻底颠覆了传统数控“去除法”加工方式，并逐步以全新的逐层叠加打印的“数字化制造”方式取代。毫无疑问，随着3D打印技术在各领域的广泛应用，必将对传统制造业带来巨大冲击，从而使整个世界的制造业与物流格局都会因此被彻底颠覆。
三是促进新市场的发育和崛起。随着技术成果的推广和应用，3D打印技术产业的发展呈现出快速增长势头，正在促进新市场的出现和崛起。有关资料表明，“全球3D打印产值从0到10亿美元花了20年的时间，从10亿到20亿美元花了5年时间。”美国《时代》周刊将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”。从行业分布来看，用于消费电子领域的打印技术仍然占主导地位，大约占20.3%的市场份额，其他主要领域依次是汽车（19.5%）、医疗和医科（15.1%）、工业及商用机器（10.8%）；从区域分布来看，北美地区（40.2%）、欧洲（29.1%）、亚洲（26.3%）三大区域占主导地位，其中亚洲地区主要集中于日本（38.7%）及中国（32.9%）。从3D打印技术产业快速增长的势头看，特别是依托定制化创意，必然会开拓新的业务模式，并促进新市场的发育和崛起，从而为世界各国带来更大的发展机遇。
四是势必引起新一轮工业革命。3D打印技术作为新兴产业正在改变世界，同时也在引发制造业生产模式的变革，它所产生的巨大能量正在推动新一轮工业革命。对此，英国《经济学人》杂志认为，3D打印技术将会与“其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。尽管3D打印技术已在制造业显现出特有的优势，但是由于受技术、材料、成本等方面的制约，实际应用范围有限，因此还不会在短时间内取代现有的制造产业。然而，作为一种趋势，3D打印技术的发展将势不可挡。目前，世界各国都敏感地认识到这项技术将会带来难以预料的发展潜力，因而竞相发展3D打印技术，以期占领未来市场先机，这无疑将会引起新一轮竞争。
2013年2月，美国总统奥巴马在国情咨文演讲中表示，将建设一个包含15个制造创新中心的全国性网络，希望专注于3D打印和基因图谱等各种新兴技术。并称，3D打印有可能“变革我们生产一切产品的方式”。英国3D打印技术更侧重于医学方面，已研发出利用胚胎干细胞造人体组织的技术，这项技术将使人类制造出更精确的人体组织模型。然而，德国对此“3D热”则比较冷静，有关专家认为，尽管3D打印技术对于科学和经济已有一定重要的作用，并且赢得一个非常有活力的发展，设备和软件被不断研发更新，有了越来越多的应用领域，但在这个阶段就说3D打印将带来“第三次工业革命”是夸张的。尽管如此，事实上“3D大战”也与其他新技术发展一样，已悄然拉开了激烈竞争的帷幕，因为对于各国来说，在这场“3D大战”中的输赢可能决定本国未来的命运。
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