三维打印的现状与发展前景

三维打印(Three Dimensional Printing，3 DP)是美国麻省理工学院(MIT)在 20世纪 90年代发明的-种快速成型技术，准确地说，应该是增量制造(Additive Manufacturing，AM)技术。创意提 出伊始，就树立了可以制作任何构造(Any-composi-tion)、任何材料(Any-materia1)和任何几何形状(Any-geometry)实物的愿景。

3DP的工作原理类似喷墨打愈，不过喷出的不是墨水，而是粘结剂、液态的蜡、塑料或树脂。按照喷出的材料不同，可以分为粘结剂打英熔融蜡打油熔融塑料涂覆(FDM)∩以把打印头换成激光头，激光烧结(SLS)、光固化树脂(SLA)和激光熔融(SLM)也可以视为三维打印的特例，因此广义的三维打印-词包含了大多数增量叠层制造技术，从宏观上进行系统思考，以便于公众对新技术的理解 。

三维打尤与从毛坯上去除多余材料的切削加工方法完全不同，也与借助模具锻压、冲压、铸造和注射等强制材料成形的工艺迥然有异，是-种增量”成形技术。具体成形过程是，根据三维CAD模型，经过格式转换后，对零件进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓形状。按照这些轮廓形状，用喷射源选择性地喷射-层层的粘结剂或热熔性材料，或用激光束选择性地固化-层层的液态光敏树脂，或烧结-层层的粉末材料，形成每-层截面二维的平面轮廓形状，然后再-层层叠加成三维立体零件，整个工艺过程原理如图1所示。

图1 增量叠层制造的基本原理增量叠层制造的先驱是美国人 Chuck Hul，1983年他发明了借助光敏树脂固化叠层制作实体的方法，数年后付诸 了工业应用，创建了 3D Sys。

tems公司，开创了直接数字制造的时代。随之，先后出现了FDM、SLS和3DP等几十种不同的增量叠层制造技术。

2O年来，增量叠层制造技术有了巨大的进步，在MIT提出的愿景征途中攀上了第-座高峰●天，增量叠层制造不仅仅局限于制作原型，还可以制造出可用的功能产品；不仅可以制造塑料产品，还可以制造金属产品；不仅可用于航空航天，也即将进入千家万户；不仅可制作现代艺术品，也可用来高仿真复制古董；不仅可以制造身外之物，还可以制造人体植人物，甚至人体器官；不仅可以制造用品，还可以盖房子、制作蛋糕和牛排；是-种具有收稿日期：2012-09-12作者简介：张 曙(1932-)，男，江苏如皋人，同济大学教授，主要研究领域为先进制造和发展战略。

2013年第2期 张 曙，等：三维打印的现状与发展前景前可以用于三维打印的材料不超过 100种，而在工业中应用的材料可能已经超过 10 000种，且三维打印材料的物理性能尚有待于提高。

c.三维设计技术的普及关系到三维打印能否进人家庭。市场正在呼唤孩子们能够操作和喜爱的软件，打印物品要成为新-代计算机游戏，引起孩子的兴趣，发挥儿童的创造陛，才能有无限光明的未来。

5.2 三维打印的未来三维打印之所以受到人们如此重视，焦点并非是这项技术的本身，而是它可能引发的社会和经济变革。

三维打印能够改变商务模式的潜在能力是，-家公司可具备快速提供价格合理且符合个性需求物品的能力，无需拥有已经制造出来而没有售出的物品仓库，实现真正意义上的零库存。只有接到订单和收到付款以后才进行就地及时制造，几乎没有经营风险。唯-的风险仅仅在于产品设计的时间和费用，而非产品的运输和库存。

三维打印的优势还在于将产品设计与产品制造分离成为不同的行业。三维打印产品的设计和制造可以极其方便地分别外包给不同的公司。例如，设计师可委托三维打印公司制造、发运他的作品，收集客户的反应。反之，用户可以向设计公司购买设计，从网上下载所喜爱产品的CAD文件，在自己家里打域委托专业公司打樱这样的愿景要成为生活中的普遍现实，必须克服三维打印产品目前存在的成本、精度和强度的局限。三维打印的材料的价格目前是传统材料的l0倍，甚至100倍。目前三维打印产品的尺寸精度是十分之-毫米，要达到微米级还有很长的路要走。

可以预见，5年以内将会出现三维打印的完整供应链，不仅是设计-方，更大的变化是生产领域将会出现大量提供 CAD/CAM设计的公司，供最终用户下载，在家打印产品或委托专业公司打樱随着三维打蛹术的进步，高性能、高质量、低价格材料出现以及 CAD/CAM软件的普及，将会出现-大批专业的、个体的三维打印企业。

从长远来看，如果三维打印的尺寸精度提高lO倍，尺寸范围增加 10倍，制品的尺寸稳定性、耐热性和防潮性将会大幅度提高，必将获得更加广泛的工业应用。

6 结束语新工业革命的核心是数字化、网络化制造，是基于互联网的商务和生产模式，以更多的虚拟活动取代现实活动，减少资源的消耗和浪费，保护环境，使人们和子孙后代能够生活得更好。

三维打印在很大程度上体现和顺应了这-潮流，从而对未来社会、经济、生产、教育将产生-定影响。但不能够把三维打哟作就是新工业革命，过分夸大它的作用，没有互联网，没有新材料，没有人们观念的变化，三维打遇仅是制造物品的-种新工艺。

在新-轮的工业革命中，三维打隅演的角色是车轮，而绝非整个火车头。