3D打印技术被誉为第三次工业革命的钥匙、“万能机”等，该产业也被列为未来最赚钱的产业之一。2015年8月，总理主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等问题，他要求从业队伍运用该技术，配合中国制造2025的愿景，制定行业发展计划。
在这一领域，国家、社会的关注度极高；政策、技术研发、资金也不缺乏。然而，国内却出现了另一番景象，看似一片火热的3D打印技术经历了一波又一波的火爆炒作。但在技术应用和市场推广方面，3D打印产业发展却面临尴尬。
外热内冷 技术应用遇尴尬
3D打印的优势是传统制造业无法企及的，国外很多企业甚至把3D打印技术作为发展战略。近日，惠普以10.5亿美元收购三星打印业务，进军3D打印技术应用市场；通用电气也宣布以14亿美元收购瑞典Arcam和德SLMSolutions两家3D打印企业，使自己从3D打印行业最大的用户之一跻身于3D打印市场最大的供应商之列。
3D技术被高度关注始于2003年。一些关于该技术领域的论坛、研讨会和商业推广会等从未间断；在资本市场，3D打印概念股一片火热。2012年，国内企业大批进入3D领域，然而，目前多数企业经营困难。
被誉为中国3D打印教父的中国工程院院士、快速制造国家工程研究中心主任卢秉恒介绍：“现在仅有几十亿美元，与数万亿美元的制造市场相比，差距甚远。因此，未来的发展前景仍不可估量。”
从市场需求看，前途无量的3D打印外热内冷。国内应用规模不大，而且在工业领域，以3D打印的应用也并不多见，国内的3D打印企业盈利者也是寥寥无几。国家对3D打印的高度重视使得3D打印成为信息技术与制造技术融合的热门，成为智能制造的焦点之一。而现在3D打印应用的发展不温不火，原因又是什么？
难以推广 市场有待突破
卢秉恒分析原因认为，中国3D打印技术的主要缺陷在于产业链尚未形成、原创技术太少、产业化的应用规模远远不够。
国际3D打印制造领域知名专家、华曙高科CEO许小曙也做出类似的分析，他说：“我国工业界对3D打印技术的认可度及应用度不高，多数制造企业尚未接受数字化设计、批量个性化定制生产等先进制造理念，与此同时，工业级3D打印设备单台成本较高，企业购置3D打印设备的需求动力不足，产业运用范围和领域也有限，应用前景还有待进一步开发。”
由于3D打印的跨领域应用特性，行业门槛不一样，有些领域应用3D打印技术还有政策制约，像医疗领域、军工领域等，市场开拓还有很长一段路要走。
清华大学教授、江苏永年激光董事长颜永年、“太尔时代”CEO郭戈是中国3D打印领域的另外一支力量。颜永年主张打造3D打印的软实力，掌握核心技术，将激光器的价格降下来，与国内做激光和振镜的单位一起合作，使光束质量和稳定性达到世界先进水平。
许小曙带领国内3D打印行业的“领头羊”湖南华曙高科技术团队在2015年突破技术瓶颈，提升了3D打印机的效率和精度。许小曙说：“当前涉足3D打印的企业，主要还是以技术研发和科技创新为主，成熟的盈利模式尚未形成，虽然整个行业拥有巨大的市场容量，但短期内仍很难得到有效的释放。”
经过过去几年3D打印的投资热，3D打印技术步入到了一个新的阶段，应用市场仍有待突破已经成为一个不争的事实。
先天不足 产业发展遇瓶颈
业内专家分析，除了技术应用和市场推广面临的问题以外，3D打印技术本身也有着自己的缺点，这些缺点也影响了其成长的速度。
材料的限制。目前，高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但其发展水平还无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。
技术和成本的限制。3D打印对机器的要求很高，目前的3D打印对于运动的物体和它们的清晰度就难以实现。此外，目前3D打印规模化生产的条件尚不具备，而且3D打印机本质是单体机，是现有产业链的一种方式，而不是一个制造能力总成体系。
知识产权的限制。知识产权越来越受关注，保护力度也是越来越强。3D打印技术也会涉及到这一问题，通过3D打印，人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。
道德的挑战。据统计，3D打印服务提供商每年打印产品上百万种。打印汽车、飞行器、建筑物等变得非常容易。然而，打印人体生物器官或者活体组织，打印武器、飞行器、复制名人、明星玩偶是否有违道德伦理？
工业级应用技术欠缺。3D打印技术低端运用已经趋于饱和，工业级应用则技术欠缺。目前，工业级的3D打印机市场依然被3DSystems、Stratasys、德国EOS等国外巨头垄断，国内绝大部分购买客户为国企、央企等大型企业，中小型企业购买者寥寥。
尚未形成完整产业体系。2015年2月，工业和信息化部、发展改革委、财政部联合印发《国家增材制造产业发展推进计划（2015～2016年）》，为3D打印的发展提供了有力的政策支撑环境。然而，我国3D打印产业尚未形成完整的产业体系，3D打印材料等关键核心技术基础薄弱，产业化进程较慢。
应用市场 个性化成为突破
3D打印作用于智能工厂，综合应用了信息技术、新材料技术、数字制造技术等诸多学科，直接成型无需模具，也无需对原材料进行切削、组装，不受产品结构复杂度的影响，突破了加工工艺的限制，是典型的柔性可重构制造系统，极大地缩短了产品设计、研制及验证周期。
卢秉恒认为，制造业未来的大趋势是从大批量生产变为个性化定制，而对个性化定制来说，3D打印是最适合的技术。
3D打印适用于复杂构件制造、个性化、定制化制造，它在缩短研发周期、降低制造成本、优化零件结构上有着无可比拟的优势。消费者可以根据自己的需求量身定制产品，人人都是创造的主体，从而改变以集约式、标准化为代表的传统大规模生产方式，使“社会化制造”及“分布式制造”成为可能。
目前市场上，个性化定制设计很受欢迎，采用专用材料及其工艺技术的3D打印也有很好的市场。比如，在医学方面，3D打印已被用于手术精准设计、图像重建、手术模型打印，并重点在3D打印重建脑胶质瘤模型用于精准用药、3D干细胞打印用于脑瘫儿童的治疗、细胞3D打印用于脊柱损伤的治疗、3D打印器官芯片用于药物筛选等四方面发展细胞3D打印技术。
近期，涉及3D打印的会务不断。9月12日，中国国际传感器技术与应用展览会暨全球智能制造大会在上海举行；9月23日，由国家商务部、中国国际贸易促进委员会、湖北省人民政府、湖南省人民政府、河南省人民政府、山西省人民政府和武汉市人民政府共同主办的智能制造国际论坛举报；2016年9月26日，2016中国智能制造大会在杭州举办。
关键词：3D打印技g；航空航天材料；智能化设计；作用
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0103-01
随着科学技术的不断发展，航空航天领域也呈现出前所未有的发展新态势。航空航天材料的设计也在向多样化、智能化及信息化方向发展。但是在材料的设计过程中仍然面临着设计成本高、设计精确度要求高等问题，这就要求设计者们必须严密地设计出需要的航空材料，并且尽可能地减小误差，这也给设计者带来了很大的技术难题。3D打印技术为此类问题的解决提供了新的方案[1]。
1 3D打印技术的概念及发展特点
1.1 3D打印技术的概念
3D打印技术即一种快速打印样品成型技术。其原理是将金属粉末或塑料粉末等当做打印“墨”，根据数字模型要求，再通过逐层打印的方式打印出成品，这种技术在国外也被称为“增材制造”。3D打印技术的发展得益于计算机技术的不断创新与突破，其打破了传统打印的意义。此外，随着3D打印技术的不断完善与成熟，其越来越多地应用于生活、社会活动以及高科技等各个方面，诸如航天航空领域，对于我国高科技的发展有着重要的意义。
1.2 3D打印技术的发展特点
3D打印技术发展历程大致如下：1984年的基于数字资源的三维立体模型打印技术、1993年发明的3D印刷技术（3DP）、1996年具有真正意义上的的“3D打印机”问世、2005年第一台彩色“3D打印机”――Spe问世、2010年可以打印整个身躯轿车的“3D打印机”出现、2011年能够打印飞机的“3D打印机”出现。3D打印技术在不断朝着复杂、多样化以及高科技等领域的方向发展。因为其不需要传统的机械加工或制造模具就能直接根据计算机图形数据生成任何形状的物体，极大地缩短了产品的生产周期，提高了产品的生产效率。这对航空航天材料的智能设计起着很大的作用[2]。
2 3D打印技术运用于航空航天材料设计上的优势
2.1 节省材料
一个飞机机身的模型需要许多零件和部分组成，而应用3D打印技术之后，不用剔除航空材料的边角料，提高了材料的利用率。此外，3D打印技术取代了传统的大规模、占用空间以及耗人力等的生产线，从而最大化地节省了材料，降低了成本。
2.2 制作材料精度高
材料的精确设计是确保航天航空领域安全发展以及快速发展的最基本要求。而传统的材料设计技术无法保证人为的错误以及将误差降到最低等，这就限制了航天航空的发展。因此，3D打印技术运用于航天航空领域时，给航空航天的智能化材料设计带来的将是质的飞跃与创新。
2.3 无需传统模具
3D打印技术在智能化材料设计过程中不用使用传统的刀具、机床以及其他磨具，通过将产品的外形等通过计算机技术如AUTO CAD技术设计出来，然后直接打印生成实物产品。这在很大程度上简化了传统磨具下的制造工艺。
2.4 缩短材料制作周期
3D打印技术可以自动、快速、直接和精准地将计算机中的三维设计转化为实物模型，甚至能够直接制造零件和模具，绕过了传统的制造工序，从而有效地缩短了材料设计的研发与制作周期。
3 3D打印技术对航空航天材料智能化设计的促进作用
3.1 促进了航空航天材料设计技术的革新
3D打印技术的运用加快了其材料智能化的设计进程，打破了传统的设计思维和方法，使得航天领域设计技术的不断发展及完善，更是将高科技与制造业设计的结合推向了一个新的高度，加快了智能设计技术的发展与革新。
3.2 促进了航空航天材料设计成本的降低
在航空领域，不管是创新设计还是机械制造，都需要严密规整的模型。在造一架飞机时，要经过无数的模型模拟，而每一次模型的制造以及模拟都需要很大的财力支持。而应用3D打印技术，这种资金消耗将得到大幅度降低。3D打印技术依靠高精确度使得设计时模型能够精准使用物料，这使得设计材料时所使用的资金的到合理的运用。
3.3 促进了航空航天材料设计的创意性发展
在航空航天领域，其运用3D打印技术可以促进材料设计的智能创新，可以促进飞机机身的多形状化发展、零件的多颜色发展等。在使用3D打印技术之后，我们有理由期待一种更先进更具有创意性的航空航天产品。
3.4 促进航空航天材料设计的人性化发展
运用3D打印技术实现材料设计智能化之后，材料制作可以向着个性化、多样化方向发展，例如：我们可以根据每家航空公司理念等的不同设计出富有个性化、突出其理念的产品，而不是趋同的制作，比如航天飞机上的座椅可以根据员工的操作习惯以及身体结构量身“3D”打造。这体现出材料制作的个性化，而这得益于3D打印技术的运用。
4 结语
综上所述，笔者认为基于计算机技术的3D打印技术以其高精确度、高生产率等特点将快速融入航空航天领域材料的智能化设计。但是，目前该技术仍然存在着强度低、材料存在局限性等缺点，因而其应用范围还不是太广泛。不过我们相信，3D打印技术的进一步完善会深刻的影响我们生活。
参考文献：
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。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。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，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。以一个手电筒为例，3D打印机能通过电脑将手电筒进行立体扫描，创建三维设计图，之后对这个立体原型进行“切片”，分成一层一层的，打印机将原材料按照设计图一层一层地“喷”上去，直到最终造出一个手电筒来，只不过3D打印机喷出的不是墨粉，而是融化的树脂、金属或者陶瓷等材料。
3D打印起源于19世纪末美国研究的“快速成型”——照相雕塑和地貌成形技术，并在20世纪80年代得以发展和推广。中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。3D打印的原理是：把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。打印出的产品，可以即时使用。
3D打印具有如下优点：
（1）3D打印成为工业化力量。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本，成为工业化的重要力量。（2）3D打印开始治病救人。因为3D打印产品可以根据确切体型匹配定制，通过3D打印制造的医疗植入物将提高你身边一些人的生活质量。这种技术已被应用于制造更好的钛质骨植入物、义肢以及矫正设备。（3）定制化成为常态。通过3D打印技术，创新公司根据用户对产品确切的具体信息进行定制，通过3D打印制造并直接将产品送到用户的家门口。（4）产品创新速度加快。由于运用3D打印的快速原型制造技术能够缩短把产品概念转化为成熟产品设计的时间，设计人员将能够专注于产品的功能，使他们能够在设计的早期阶段就打印出原型产品、进行修改以及重新打印等等，从而加速创新，其结果将是更好的产品以及更快的设计速度。（5）3D打印开始广泛应用于电影工业。由于3D打印是一种快速成型技术，对于制作复杂电影道具具有成本低、时间快的优势，高仿真的电影道具已经使用了3D打印技术来制作面具模型、汽车模型和其他功能性道具。
美国和欧洲在3D打印技术的研发及推广应用方面处于领先地位。美国是全球3D打印技术和应用的领导者，欧洲十分重视对3D打印技术的研发应用。除欧美外，其他国家也在不断加强3D打印技术的研发及应用。澳大利亚在2013年制定了金属3D打印技术路线；南非正在扶持基于激光的大型3D打印机器的开发；日本着力推动3D打印技术的推广应用；中国3D打印设计服务市场快速增长，已有几家企业利用3D打印制造技术生产设备和提供服务。据美国消费者电子协会最新的年度报告显示，随着汽车、航空航天、工业和医疗保健等领域市场需求的增加，3D打印服务的社会需求量将逐年增长，有望从2011年的17亿美元增长至2017年的50亿美元。
关键词？演天津滨海新区；3D打印；政策建议
中图分类号？演F407 ？眼文献标识码？演A ？眼文章编号？演1673-0461（2013）12-0068-05
一、引 言
2012年4月，英国《经济学人》杂志刊载封面文章《第三次工业革命》，将 3D 打印作为第三次工业革命的重要标志。同一时期，美国《时代》周刊将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”。这一系列标志性事件，将3D打印技术推上前台，引发了世人的广泛关注。
二、3D打印技术概况及产业特点
（一）3D打印技术概况
3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。与切削等材料“去除法”不同，3D打印技术的主要流程是应用计算机软件设计出立体的加工样式，运用特定的成型设备，将粉末、液体、片状等离散材料逐层堆积，“打印”出产品（如图1所示）， 因此又称为添加制造（AM，Additive Manufacturing）。
3D打印技术常在模具制造、工业设计等领域用于制造模型，现在正逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用该技术打印而成的零部件。在汽车，航空航天、医疗产业、工业设计、建筑、教育、地理信息系统、土木工程以及其他领域都有所应用。
（二）3D打印产业特点
虽然3D打印技术出现已有十几年的历史，但3D打印产业仍处于发展阶段的初期，业态尚不丰富，行业成熟度低，但未来的成长性非常好，从整个产业来看具有以下两个特点。
产业链长，辐射带动效应显著。3D打印产业涉及材料技术、信息技术、装备制造、生产业等诸多领域。仅耗材一项，就包括7个大类30余种工艺设备、几百种打印材料。产业应用辐射面极广，是制造业与服务业融合的典型产业，能够催生大批新兴产业。无论是从技术还是应用角度来看，3D打印相关技术及设备都属于机械工程、自动控制、激光、计算机、新材料等多个领域的交叉融合。从产业链角度来看，3D打印技术领域与上下游相关行业领域关联十分紧密，带动作用很强。
科技含量高，带动制造业数字化变革。3D打印技术的应用大大缩短了新产品研制周期，能够迅速提升复杂零件的制造能力，使复杂模型的简单直接制造成为可能。3D打印技术显著提高了新产品投产的成功率，大大降低了新产品的研发成本。目前，一个预测观点在产业界广为流传，观点认为：未来的制造业，人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的工厂式生产方式将被摒弃，替代的将是更加灵活、所需要投入更少的3D打印生产方式。英国《经济学人》杂志将这种趋势称之为“社会化制造”，认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。
三、3D打印产业发展现状与发展趋势
（一）国外3D打印产业发展现状
当前，全球正兴起新一轮数字化制造浪潮。发达国家为解决其制造业竞争力下降的难题，倡导“再工业化、再制造化”战略，提出智能机器人、人工智能、3D 打印技术是实现数字化制造的关键技术，希望通过这三项数字化制造技术的突破，巩固和提升其制造业主导权。3D打印技术随着工艺、材料与装备的逐渐成熟，引起了世界范围的广泛重视。美国是全球3D打印技术和应用的领导者。2012年3月，美国在“全美制造业创新网络”计划中对3D打印产业作出重点部署。据美国权威3D打印行业咨询机构Wohlers提供的数据，截至2011年底，全球3D打印机累计装机台数超过5万台，其中美国累计装机台数约占全球总量的50%，美国制造商所占全球市场份额超过70%。美国3D打印服务提供商Shapeways表示，他们已经“打印”了75万种产品，材料已经涵盖塑料、不锈钢、银、陶瓷和玻璃等。
除美国外，其他国家也在不断加强3D打印技术的研发及应用。澳大利亚在2013年制定了金属3D打印技术路线；南非正在扶持基于激光的大型3D打印机器的开发；日本着力推动3D打印技术的推广应用。表1为2011年各国和地区3D打印技术应用的市场份额。
（二）我国3D打印产业发展现状
我国3D打印技术研究起步较早，20世纪90年代初就开始对快速成形技术及设备进行研发，初具产业发展基础。已有西安交通大学、华中科技大学、清华大学、北京航空航天大学等多家研究单位自主开发了成形设备并实现产业化，拥有自主知识产权。其中，部分便携式桌面3D打印机已具备国际竞争力，进入了欧美市场。我国是继美国、日本、德国之后第四个拥有3D打印设备的国家。但总体看来，国内缺乏能够制造工业级3D打印机的企业；一些核心部件，如激光器、光路系统等仍依赖国外技术；打印材料单一，与国外材料的品种和性能等方面有差距；缺少原创性的3D打印新技术及装备；应用宽度和深度不够，与量大面广的产品制造进程相比，还不具备价格优势。
2012年10月，亚洲制造业协会联合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业成立了中国3D打印技术产业联盟。鉴于3D打印技术的战略意义，工信部、科技部也正在组织专家对我国3D打印技术的发展开展专项研究，制定规划，在全国进行重点布局。
国内部分地区正积极绘制3D打印产业的发展蓝图。2013年3月，江苏省《江苏省三维打印技术发展及产业化推进方案（2013-2015年）》，并组建三维打印产业技术创新联盟，推进3D打印产业发展。南京市与中国3D产业联盟签署中国3D打印技术产业总部基地和中国3D打印技术产业创新中心合作协议，建设3D打印应用中心、示范中心以及科普、教育、培训、加工等中心。武汉市抢先成立了“中国首个3D打印工业园”。东莞市将3D打印作为战略性新兴产业写入了2013年的《政府工作报告》。此外，成都、重庆、长沙、青岛等地正在建设或筹建3D打印产业园。
（三）3D打印产业发展趋势
虽然3D 打印等数字化制造的核心技术仍处在发展的初级阶段，产业还不成熟，但在产品设计、复杂和特殊产品生产、个性化服务等方面已显示其独特优势，产业链已初具出行，整体产业发展迅速，其发展趋势具有以下两个特点。
市场前景广阔，未来发展潜力巨大。3D打印技术以操作简单、成形精准、高效低耗等特点著称，拥有广泛的市场前景。据美国消费者电子协会最新的年度报告显示，随着汽车、航空航天、工业和医疗保健等领域市场需求的增加，3D打印服务的社会需求量将逐年增长，到2017年有望增长至50亿美元。近20年来，3D打印产业市场规模正以每年超过17%的速率递增（如图2所示），沃勒斯（Wohlers）最新报告显示，2012年3D打印全球市场规模为22亿美元，同比增长了29%；其中3D打印机的销售量同比上升了25%，其中有38%产自美国，8.5%来自中国。
产业集中度不断提升，垄断形势正在形成。美国上市公司3D Systems和Stratasys，Z Corpration公司、Solidscape公司以及德国的EOS公司、以色列 OBJET Geometries等公司，是目前全球3D打印产业的领军企业。近几年，3D打印设备制造企业正在一轮洗牌。美国Stratasys公司收购了OBJECT Geometries公司；3D Systems公司在2012年初收购了Z Corporation 公司和Vidar Systems公司。目前，Stratasys公司和3D Systems公司成为行业内两大巨头，Stratasys公司2011年拥有41.5%的市场份额。表2为国际最主要的5个3D打印企业或研发团队以及它们的技术优势。
四、天津滨海新区3D打印产业发展基础
天津滨海新区是新世纪我国改革开放的最前沿，近年来凭借区位、政策优势，发展势头迅猛，滨海新区具备发展3D打印产业的良好基础：
一是具有相应的研发基础。天津市拥有“天津快速成形技术工程中心”和“天津市激光技术工程中心”等快速成形技术研发单位。其中天津快速成形技术工程中心是国内最早开始此项业务的科研单位之一，在激光快速成形、快速制模、快速铸造、快速测量、液压及光机电产品开发、内燃机工作过程仿真、强度和流场计算、光弹应力分析、CAD/CFD /CAE/ CAM技术集成及产品优化设计等方面拥有较强研发实力。同时河北区的快速模具创新研发基地、塘沽海洋高新区滨海国际工业设计园等产业园区等也提出聚集一批3D打印企业。
二是拥有一定市场规模。目前天津市电子信息、装备制造、汽车、医疗器械、新能源、模具等行业对3D打印技术有一定的认知。全市已有超过200家企业应用了3D打印技术。滨海新区在3D打印技术应用方面的企业，主要有霍尼韦尔、富士通、亚安科技、新巨升电子等企业。在3D打印技术研发方面的企业，有滨海高新区天津微深科技公司、天津滨海雷克斯激光等企业。
三是具备产业链向下延伸优势。随着技术的不断发展，3D打印已经逐步应用于制造业的各个领域。从近十年3D打印设备下游应用行业分布来看，个人消费品（以电子行业为主）和交通运输设备占据主要份额；同时，医疗方面的占比在持续提升。而3D打印设备在航空航天领域的应用也稳中有升。而上述几类产业正是滨海新区大力推进的优势产业，3D打印技术服务相关产业在新区发展，拥有广阔的潜在目标客户群，前景十分看好。
五、天津滨海新区发展3D打印产业的政策建议
根据3D打印产业的特点和未来发展趋势，结合滨海新区的实际情况，滨海新区推进3D打印技术及产业的发展，需要从以下几个方面入手：
一是做好3D打印技术与产业发展的顶层设计。通过深入调研区域内医疗行业、食品业、汽车制造业、航空航天制造业等相关行业未来对3D打印应用的市场需求，明确滨海新区3D打印产业发展思路，找出突破口，制定3D打印产业发展规划，编制滨海新区3D打印技术发展及产业化推进方案，制定新区3D打印产业发展路线图。
二是加强技术攻关，促进产业化。设立3D打印技术攻关和产业化专项，开展相关软件、工艺、材料、装备、应用、标准及产业化的系统性攻关。推进建设3D打印技术与其他先进制造技术融合的新型数字化制造体系。重点围绕3D打印工艺优化和制件性能提升技术、高效打印制造技术、精度控制技术、符合材料零件制造技术、智能制造技术、超限制造技术、生物组织打印制造技术等技术领域，加大项目资助力度。设立3D打印产业发展投资基金，探索税收优惠政策。
三是建设高水平研发转化平台。为促进3D打印技术产业化，中国3D打印技术产业联盟拟选择10个工业城市集中建设3D打印技术产业创新中心，投资2 000万元，地方政府按照1∶1配套扶持。滨海新区应抓住这个机会，积极争取创新中心落户，借力亚洲制造业协会和中国3D打印技术产业联盟，推动新区3D打印尽快走上产业化道路。同时，吸引清华、华中科技、西安交大、北航等研发机构在新区设立研发基地、检测试验平台，开展科研成果转化，率先布局3D打印技术及服务聚集区。
四是组建3D打印产业技术创新联盟。依托天津市快速成型技术工程中心、天津市激光技术工程中心、天津大学、天津工业大学、天津职业技术师范大学、天津滨海雷克斯激光、天津微深科技公司等高校、企业，并邀请清华、北航、西安交大、华中科大、江苏紫金电子、杭州先临三维科技等3D打印技术研究和应用的领军者，组建滨海新区3D打印产业技术创新联盟。依托联盟，策划举办部级3D打印高峰论坛，3D打印产业年度发展报告，举办产学研合作洽谈会、研发成果信息会、企业需求对接会等，推动3D打印技术产业化。
五是培育3D打印产业龙头企业。目前，滨海新区在3D打印方面关键装备研发制造能力不足是制约产业发展的主要瓶颈。因此，需要充分发挥滨海新区科技创新资源聚集优势，通过开展3D打印技术专题招商引智活动，吸引海外3D Systems、Stratasys、Solidscape、Shapeways、EOS等跨国公司，以及国内南京紫金立德、湖南华曙高科、杭州先临三维、深圳光韵达、北京隆源、上海联泰、无锡飞而康等企业，弥补新区在3D打印设备研发制造能力的不足。
六是进一步发挥试点示范的带动作用。建设3D打印技术研发和产业示范基地，推动3D打印技术应用和产业发展。重点在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域分步骤、分层次开展示范应用，形成通用性、标准化、自主知识产权的应用平台，在示范过程中制定相关行业标准，加快推进滨海新区3D打印技术、产业与应用协同发展，探索和积累3D打印机的运营和管理经验。
七是促进 3D 打印技术的社会化推广。从区域层面出发，营造良好的3D打印技术相关产业发展氛围。强化3D打印方面的教育培训，将 3D 打印相关技术纳入相应学科建设体系，加快培养 3D 打印技术相关人才。依靠相关行业协会、博览会、论坛等组织形式来进行 3D 打印技术和应用的培训，并宣传、推广3D 打印技术，使更多的人能够接触3D打印技术，产生兴趣，并逐步接受和使用相关技术。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公共机构进行 3D 打印技术的展示、宣传和推广。发展 3D 打印服务机构，推广 3D 打印技术应用，为发展 3D 打印产业积累应用经验。
六、结 语
近来，全球正在兴起新一轮数字化智能化制造浪潮。发达国家为解决制造业竞争力下降难题，大力倡导“再工业化、再制造化”战略，提出智能机器人、人工智能、3D 打印技术是实现数字化制造的关键技术，并希望通过这三大数字化制造技术的突破，巩固和提升其在制造业的主导权。虽然以3D 打印技术为首的数字化制造核心技术仍处在发展的初级阶段，产业还不成熟，但在产品设计、复杂和特殊产品生产、个性化服务等方面已显示出独特优势。所以，我们应充分认识智能制造、数字化制造对我国的深刻影响，在区域发展尤其是转变经济发展方式中，跟紧全球技术前沿，抓住这一制造业加快发展的机遇，深入研究以 3D 打印技术相关产业为代表的新型数字化智能制造产业发展规律，融入数字化智能化制造业发展浪潮，从而加快推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变。
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A Policy Research on the Regional Development of the 3D Printing Industry
——A Case Study of Tianjin Binhai New Area
Yang Zhao
（Binhai Research Institute in Tianjin，Tianjin 300456，China）
[关键词]3D打印技术；应用；发展前景
中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0139-01
引言
众所周知，第一次工业革命和第二次工业革命分别以蒸汽机的发明和电气化的使用为标志，以其强大的生产力解放为基础，深刻地改变了西方资本主义国家甚至整个世界的面貌，有力地推动了世界现代化的历史进程。显而易见，科学技术是第一生产力，更是当今世界格局下各国综合国力比较的核心指标之一，可以说，最新最前沿的科学技术的掌握和最早应用推广，将是未来国家间竞争的重要体现和地位分水岭。那么，当下最值得关心注目的科学技术是什么呢？毫无争议，3D打印技术将占一重要席位且有愈演愈烈之势。
一、3D打印技术概况
3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造（AM，Additive Manufacturing）。3D 打印（3Dprinting）是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程是：应用计算机软件设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备（俗称“3D 打印机”），用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出产品。
作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。
二、3D打印技术的应用
3D打印技术可以打印假肢、汽车、飞机的今天，它还在创造无限的可能。首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去传统的制造方法就是一个毛坯，把不需要的地方切除掉，是多维加工的，或者采用模具，把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件，这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势，立体打印技术可以打印非常复杂的东西。其次实现了首件的净型成形，这样后期辅助加工量大大减小，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度，尤其适合一些高保密性的行业，如军工、核电领域。再次由于制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。
这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流，并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业，3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。
事实上，3D打印技术要成为主流的生产制造技术还尚需时日。如果是做钻头这种高硬度的产品，3D打印明显力不从心。这个不是改进技术就能够解决的，因为快速成型技术本身存在本质性缺陷和局限性。
三、3D打印技术的发展前景
3D打印业务在国外的发展势头十分迅猛。前瞻产业研究院的《2014-2018年中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》显示，2009年全球3D打印市场规模为10.69亿美元，此后三年保持在20%以上的速度增长，至2012年市场规模达到22.04亿美元。2013年全球3D产业的发展更是突飞猛进，增速达到81.49%，市场规模达40亿美元。其中，美国、日本、德国占据了3D打印市场的主导，尤其是美国占据了全球近40%的比重。
国内3D打印技术起步晚。但是自3D概念一出，立即受到了热捧，3D打印技术近年来在国内日趋升温。据前瞻产业研究院统计，2012年中国3D打印市场规模约为10亿元，2013年翻了一番达到20亿元。但是与美国、德国等发达国家相比，中国的3D打印产业仍处于起步阶段，国内3D打印应用仍主要停留在科研阶段，并未实现在工业及个人消费领域大规模推广。
对于正处于培育推广阶段的中国3D产业而言，政府的重视与政策扶持显得尤为重要。目前国内已有多省市成立了地方3D打印产业联盟，并在相关政策中提及要重点发展3D产业。教育部也正在制订方案，让3D打印机走进学校。
但是3D打印产业一直以来都缺乏全国性的产业宏观规划和引导，没有一个方向性的指引。此次《国家增材制造发展推进计划（2014-2020年）》的出台与落实，进一步明确了产业的发展方向，并在政策上给予更多的支持，将成为推动3D打印产业发展重要力量，进一步引爆中国的3D打印市场。
按照中国3D打印技术产业联盟的预测，2014年中国的3D打印产值有望达到40亿元到50亿元的规模，至2016年时将扩大到100亿元人民币，达到2012年（10亿元人民币）的10倍，从而使中国超越美国成为全球最大的3D打印市场。
四、 结束语
3D打印技术如今被各国所认可，并不断有业内人士、学者评论“3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。”面对新的生产方式的变革和发达国家再工业化战略，我国应该高度重视3D打印这一新技术可能带来的制造业革命，深入分析全球3D打印技术的市场发展趋势，研究建立3D打印的基础理论和技术体系，加大人才培养、市场培育和应用推广力度，制定符合中国国情的3D打印产业中长期发展战略规划。同时，加快3D打印的试点示范，选择诸如高端汽车零部件、医疗器械等重点行业领域进行推广应用，积极探索和积累3D打印的市场运营和行业管理经验，积极有效地应对3D打印技术并使之为实现中国梦和中华民族的伟大复兴而服务。
参考文献
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[2] 刘欣灵，《3D打印机及其工作原理》，《网络与信息》，2012年8月版.
[3] 潘巍，《3D打印机：进入主流指日可待》，《微电脑世界》，2012年12月版.
关键词：3D打印 结构设计 模型打印
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0096-02
3D打印（3-Dimensional Printing）学名是增材制造（Material additive manufacturing），是指将打印材料一次性熔聚成型的快速制造技术，是一种与传统去除加工方法相反、基于“三维数字模型”使用塑料或粉末状金属等可粘合材料，运用逐层制造方式将材料结合起来的加工技术，是由大批量、模范化制造模式向个性化制造模式发展的引领技术[1]。3D打印过程分为结构设计、切片处理和完成打印。3D打印的设计过程是：先通过计算机建模，再利用数据处理软件将建成的三维模型划分成逐层的截面，就是切片，进而指导打印机来进行逐层打印[3]。
该文基于3D打印技术，进行了不同类型的几何造型设计，并通过3D打印机实现了实物制作。
1 所用软件及3D打印设备
利用UG软件进行三维建模，建模时在“草图”上绘制草图，之后运用“拉伸”或“旋转”来构造模型。模型建好后运用“文件”里面的“导出”，选择“STL”格式，之后就可以进行数据处理。所使用的3D打印机用来处理打印数据的软件是Click和ReplicatorG，而为了运行ReplicatorG，还需安装Java和Python。
此次打印使用的是普及型3D打印机3D-YUNDL-24，属于挤压成型。此次打印使用的材料是聚乳酸也称为聚丙交酯（Polylactide），属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生，主要以玉米、木薯等为原料，是理想的绿色高分子材料。
2 典型的结构设计
就普及型3D打印机3D-YUNDL-24而言，对模型有2个要求。
一是模型尺寸不能太大。受到打印机尺寸和打印速度的限制，模型尺寸不能太大。打印的模型尺寸若是太大，则打印时间就会太久。模型构造时应考虑尺寸大小，同时在数据处理时，在软件ReplicatorG里可以查看打印时间。
二是打印的模型形状不能是中空的。在构造模型时可以出现悬空的部分，但不能出现中空的结构。在3D打印机打印时对于模型悬空的部分可以通过打印支撑来解决，打印时，打印机通过打印支撑可以将悬空的结构打印在支撑上，虽然存在可以将支撑打印在已打印好的模型结构上，但是就普及型3D打印机3D-YUNDL-24的支撑不可以打印在已打印好的结构上，故不能出现中空结构。
绘制模型的初始阶段构造了简单的大部分由直线和平面组成的结构设计，包括匕首、短剑以及鞘。在用UG绘制过程中，主要用到了“拉伸”和“扫略”功能。对于匕首的设计采用的是现代匕首样式（见图1），单刃曲线结构，设有退血槽、剪切孔和倒刺；护手采用一大一小两个刀环的结构，全长114 mm，其中刀柄长42 mm，刀刃长72 mm；刀刃和刀柄部分高度都是14 mm；刀刃部分最宽的部分宽度是3.5 mm。
驮忧面设计选择的是机器猫的设计（见图2），其特点是多曲线，难点是细节上的修饰。对于机器猫的形状和比例选择，先是在网上查找机器猫的手办；经过大量观察机器猫手办，最终确定其形状尺寸和建模方法。其结构为：头部设计为直径30 mm的球；身体为多曲线的形状，其高度是10 mm，长21.8 mm，宽15 mm；之后是脚，同样为多曲线，高度是2.5 mm，长24 mm，宽22.5 mm；其余便是一些细节上的处理，胸前的口袋选半径是5 mm的下半圆，尾巴为直径8 mm的球，鼻子是直径4 mm的球，手取直径7 mm的球；胡须、嘴和眼睛选择画出轮廓之后拉伸求差，使其向下凹下去来表示；瞳孔选择画出轮廓后拉伸求和，使其向外突出0.5 mm；而手臂也是通过旋转来完成的，先在草图上绘制出一平行四边形，以其中一长边为中心线旋转，就可得到手臂结构。
零件的设计中设计了经典的齿轮、轴、轴套和键，并且创造性的将轴和键设计成一个整体加工（见图3）。其中，轴套要求内圆直径是11 mm，外圆直径是15 mm，数量是4个；而轴的直径和长度则是要根据与其配合的齿轮来计算，但设计的理想轴径是10 mm，数量为3根，长度分别为55 mm、45 mm、55 mm。
对于外壁的装配机构，选择将左、右两侧壁设计为有向内凹陷的2 mm槽，其余四壁设计为方向外凸出的1 mm厚薄板与两侧壁配合。各壁厚为5 mm，前、后壁与轴Ⅱ配合的位置向壁内内凹2.5 mm来进行轴向和径向定位；与轴Ⅰ和轴Ⅲ接触的位置则设计为有槽孔的通孔。同时由于减速器的减速效果不明显，故另设计一示意轮两个和拨动示意轮旋转的轴Ⅳ。同时将减速器上壁设计安放示意轮和轴Ⅳ的内凹结构。
3 实物制作
在打印之前需将用UG建好的模型输出为STL格式，之后再用Click和ReplicatorG软件进行数据处理，转换成3D打印机能识别打印的xj3dp格式文件。实际打印前需要将模型转换成3D打印机能够识别的xj3dp格式文件，之后利用3D打印机打印模型。通常情况下，首先打印支撑，之后是外层结构，设置为两层外壁；外壁打印完后则会在壁内打印支撑，最后仍是外壁。模型的填充率是10%，也就是说打印的模型只有10%的填充物。
打印过程中需要时刻在3D打印机前观察打印机工作状况，检验3D打印机是否正常打印、有无堵丝等情况发生。打印时会出现基板不粘丝和打印头堵丝的问题。基板不粘丝原因是工作台基板不平或者是打印材料质量不合格。若打印材料质量不合格则只需换另外的材料就可；倘若是基板不平则需要调平。打印头堵丝原因一是换丝时操作不当；原因二是材料质量不好。打印效果如图4和图5所示。
4 结语
该文介绍了3D打印技术的历史、原理、发展现状、应用领域，对打印机和打印材料类型进行说明，进行简单结构设计、复杂曲面设计和典型零件设计，并使用使用普及型3D打印机3D-YUNDL-24和PLA打印材料，进行实体3D打印，将模型实际打印出来。其目的是通过对3D打印技术的介绍，并结合实际打印过程，向人们证明3D打印技术巨大的潜力，在制造领域将人们的注意力转移到3D打印上，从而促进3D打印技术的发展。
参考文献
13D打印技术
3D打印的专业名称应该是“快速成型技术”或“增材制造技术”，是依托信息技术、材料科学和精密机械等多种学科的一种尖端技术。增材制造是指不经过车、铣、钻等传统“减材”切削加工，而是通过堆叠材料来直接形成最终产品的一种制造理念。它将多维制造变成简单的由下至上的二维叠加，从而大大降低了设计与制造的复杂度，可以制造传统方式无法加工的奇异结构，尤其适合动力装备、航空航天、汽车等高端产品上关键零部件的制造。3D打印行业的发展始终凸显着“创新突破”这一关键特质，技术发展日新月异，现在只是3D打印技术的产业化初级阶段，未来3至5年将是3D打印技术最为关键的发展机遇期，其成长遵循的技术成熟曲线如图1所示。
2睿创空间3D打印技术研究
2．13D打印机的组装睿创空间遇到的第一个难题就是3D打印机的组装，图2为3D打印机的组装全过程。机架组装的难点在于要确保支撑杆是一个正方形，不能是平行四边形，因此在装配和调试的过程中，需要对塑料结构件的位置进行微调，并确保塑料结构件的内孔被修正到刚好能在螺杆上自由平移的程度;挤出机的安装难点则在于安装时，需要注意大齿轮与电机之间的垫片数量，防止二者的间隙过小而影响齿轮转动，同时又不能太大，需确保铜杆凹槽能够顺利挤丝。图3为3D打印机的软件安装图。在软硬件安装到位之后，点击“Connect”进行链接。
2．23D打印机的软、硬件调试组装完成后下一步就是调试，图4为3D打印机的调试全过程。调试过程的难点之一是双电机的驱动问题，Z轴电机按并联方式连接时，虽有很好的高速性能，但其所需的电流是按串联方式连接时的1．4倍，由于控制卡的驱动模块的驱动能力有限，因此容易出现驱动模块过流现象，导致死机。因此3D打印机在组装时Z轴电机应采用串联方式连接，如图5所示。在调试3D打印机作单轴运动的过程中，X轴方向上的皮带轮轴承处的螺母易脱落，用弹垫防松效果不好，需采用防松螺母;Y轴方向上的电机运动会出现卡死问题，经查是由于结构位置没有准确校正，皮带与运动平面存在一定的角度θ，当热床向右移动时，∠θ不断变大，皮带拉力F在X轴向上的分量F1增大，F在Y轴向上的分量F2减小，当F2减小到无法克服阻力时，Y轴方向上的电机运动就被卡死。因此需尽可能地减小θ角，使皮带与Y轴平行运动。单轴运动调试如图6所示。在调试中发现，加热床的实际温度和软件显示温度之间存在差异，主要原因是由于加热电路板和铝床之间的粘合物使用错误，应将硅胶换为导热硅脂。在打印过程中发现打印不准确，经分析其原因为:运动控制精度低，缺乏有效可靠的插补控制能力;运动轴往返运动存在间隙，具体如图7所示。
2．33D打印机的建模3D打印机的散件组装调试完毕之后，睿创空间利用开源硬软件技术，实现打印机成功运行。通过对3D打印软件参数的研究，经过不断修改调整，打印出的小黄鸭、金字塔、玫瑰花等模型已日臻精致完美。通过Pro/E、Autodesk等数字建模工具，可自主地进行正向、逆向模型设计，最终成功实现了雷达产品的3D模型打印制作。图8和图9是睿创空间利用建模软件制作的飞机模型以及为参赛机器人制作的头盔建模图片。
33D打印技术在军工领域的应用
睿创空间的成立为中国电科开启了3D打印技术军民融合的探索之路。一直以来，中国电科不断探索3D打印技术的军民融合之路，以期突破现有传统模具的生产制造工艺、工序的高成本、长周期的瓶颈，将结构设计由传统串行设计模式转变为同步协同模式，使其在军品的工业造型设计、风洞试验、结构设计、可装配性、干涉检查等方面成为全三维结构数字样机重要的辅助设计手段，从而可以在极大程度上缩短产品的研发周期。将3D打印和军工生产紧密结合，搭建开放性平台，可推动其与科研生产过程的有机结合，以手段创新提高工作效率，还可激发员工的创新思维，提升员工的岗位技能及自我解决难题的能力，从而提升人力资源的有效利用率。在3D打印机项目成功运作的基础上，3D打印技术被陆续运用到精益保障、移动互联网云平台等项目中，并已取得阶段性成果，在综合保障之在场快速维修中发挥了重要作用。下面以某装备为例，具体阐述3D打印技术在装备综合保障领域的应用。装备的在场快速维修是指在合理的战术时间段内，对受到损伤的装备系统进行修复，从而使其恢复战斗能力所进行的修理。战场情形瞬息万变，快速有效的在场抢修至关重要，能够实现战斗能力的成倍增长。图10是通过对某部门一定数量装备的战损情况进行分析后得出的装备战伤抢修效果图。战伤率基本保持在8%。图10中的3个曲线带状部分代表3种不同的战斗损伤修理能力:最低的曲线带表示最“不理想”的情况，即所有战伤装备无法投入战斗所形成的变化曲线;中间曲线带为假设50%的战伤装备能在24h内修复，它代表具备中等抢修能力的情况;最上边的曲线带代表具备良好的战伤抢修能力的情况，即50%的战伤装备可在24h内被修复，30%的战伤装备可在48h内被修复，其余20%的战伤装备则无法进行在场修复。每一条曲线带的下限表示2%的战损率，上限表示提高生存性后，战损率为1%的情况。从图10可看出，在基线战损率为2%的情况下，一周以后，有良好战伤抢修的装备的可用率是“不修理”的装备的4倍左右。如果装备战损率由2%降为1%，可用率仅为没有降低前的2倍左右。另外，装备设计和制造技术的发展增加了装备的复杂程度，也增加了在场战伤抢修的难度，传统的方式方法已无法满足要求，需要有新的抢修技术和方法。3D打印技术的独特优势完美地满足了在场快速维修的全部需求，它能够对装备的部件，无论复杂与否，进行快速现场“生产”，快速补充所缺部件，使装备得到良好的抢修。且3D打印的生产效率是传统技术的3倍，打印出的产品更加精细轻盈(重量轻60%)，且同样坚固。可以预见，未来3D打印技术将会颠覆传统的装备技术保障维修手段［2］。
43D打印技术的未来发展趋势
3D打印技术的出现颠覆了众多行业中的设计、原型设计和制造流程，给材料科学、生物科学带来翻天覆地的变化，它正由以往的概念性技术演变成一场全新的技术革新。虽然3D打印技术、云计算、大数据等技术的出现并不短暂，但并未形成一个互为关联、互为加强的庞大有机整体。如果假以时日，3D打印技术终将会对全球经济模式产生明显的解构与建构作用，从而颠覆传统的规模经济运行模式，使科学技术和创新呈现爆发式的变革，主要体现在以下4个方面:(1)定制个性化的复合新型材料3D打印机可以通过新的方式将原材料加以混合，甚至可以根据需求对材料进行个性化的复合定制。在一个较小的范围内部，它以纳米级的精度嵌套多种材料，并将之编排到复杂的微观结构中，使新材料、纳米尺度以及印刷电子器件融于一体，同步制造与组装出多元结构的部件，展示出堪称神奇的新特性［3］。(2)实现智能制造智能制造的逻辑控制的实现有3种控制能力:控制物质的形状、构成和行为，即实现物体在结构、材料与活性上的三者有机统一。这3种控制能力的阶段性实现都会引起制造业的巨大变革。其中控制行为意为将程序写进材料，使之具备所需的功能，也即不再打印被动的零部件和材料，而是打印能够感知、能够反应、能够计算和能够行为的综合的主动系统，可以打印带有数字智能内涵的实体物品。3D打印的可编程物质有自己的思想，将形成自己的实体，具备机械和触觉能力。其数字处理能力将真正找到自己的腿，走进物质世界［4］。(3)催生新的商业模式“众包”是近几年出现的新的商业模式建构的一种，是一种分布式的生产模式，具有广泛的适用性。在强大的新技术支撑背景下，社会化、开放式的分工作业模式颠覆了以往大规模生产与交易方式，重新构建社会单元和拓扑结构，更直接地以终端用户价值的产生定义产出形态。(4)取代传统的中国制造模式基于3D打印技术和互联网平台的全球云制造模式具备更廉价、更快捷、更绿色环保的优势，极有可能取代传统的中国制造模式。
5结束语
【关键词】3D打印技术 高职院校 专业教学
随着教学模式不断创新与改革，高职专业教学也发展了巨大变化，越来越多新教学设备c教学理念加入其中，在这其中，技术含量与教学效果比较优异的应属3D打印技术，该技术对理论与实践要求较高的高职专业教学而言有非常巨大的帮助，极大的提高了高职专业教学质量。
1 3D打印技术在高等院校教学中的应用现状分析
3D打印技术的优势在于能够快速成型，以计算机中所构建的三维立体图形为主要依据，将模型打印成实物，将其直观的展现出来。随着当前社会对人才需求的不断变化，技能实用性人才受到各企业的广泛重视，这使得高职院校的教学手段发生了巨大变化，很多高职院校也都开始引进3D打印设备，并将其应用到实际的教学工作中。
从3D打印的发展现状分析，我国的3D打印技术尚且处于发展的初级阶段，在技术与设备上与发达国家有一定的差距，但是现有的3D打印技术完全能够适应高等院校教育教学的需求，在我国著名高校如华中科技大学、清华大学、北京航空航天大学等院校都已成立了专门研究3D打印技术的机构，且经过多年的发展，技术也在不断完善。因此，高职院校可以与此类院校进行合作，引入相应的3D打印设备，改革高职专业教学单一的缺陷，不断提高自身教学水平。
2 3D打印技术在高职院校专业教学中的应用
2.1 3D打印技术在工业设计专业教学中的应用
工业设计是高职专业课程的重要组成。将3D打印技术应用于工业设计中，主要是实现手工制作与3D打印的联合。因为高职院校引进的打印设备往往比较单一，在功能上也仅能满足某一尺寸或者某几个尺寸的需求，如果需要制作的模型较大，就无法实现打印，因此在工业设计中，应实现手工制作与打印相结合，这不仅能够解决手工制作速度较慢的缺陷，还能使用3D打印技术来展示复杂的结构，两种模型制作方法的使用，在提高学生知识综合运用能力、动手能力与思维能力方面都有重要作用。另外，3D打印技术还可以辅助学校完成教具开发，在工业设计教学中，很多内容都要应用到实物教具，但是大多数教具很难在市场上采购到，并且定制价格也较贵。例如，《机械制图》课程讲解中教师需要使用实物模型向学生讲解形体的三视图；《产品设计》课程中需要将学生的设计作品转变为实物模型，这些教具的制作其实都可以使用3D打印设备来完成，通过采购相应的制作材料，批量生产教具，将工业设计中的概念或者知识以具体实物展示出来，给学生直观的认识，这将大大提高工业教学质量。
2.2 3D打印技术在高职动漫专业中的应用
高职动漫专业中，使用3D打印技术能够将动画逐帧的动作以真实模型展示出来，使学生不在停留在二维平面的理解上，使学生能够获得直观与具体的视觉享受，并且将逐帧的动画制成实际模型，能够让学生对动画的交通过程进行入微的观察，解决学生对运动规律中空间交替的认知缺陷。
高职动画教学一般是按照动画的创作流程来介绍，虽然各个环节的制作相互独立，但是其本质上却有紧密的联系，整个动画制作中，并非一个教师完成所有教学课程，而是由不同专业的教师来承担各部分内容的教学，这就使得在实际教学中，经常会出现前后衔接不紧密的情况，这对学生动画制作水平的提升不利。然而如果使用3D打印技术，就可以有效解决各专业课程教师内容衔接不顺畅的问题，使各专业教师能够更好的串联教学各个环节。比如，使用3D打印技术将制成的实物作为课件，在课堂上进行解析，且各个环节也都以实物为准，这样就能够使课程内容具有相对的整体性与协调性。
2.3 3D打印技术在机械专业教学中的应用
机械设计与机械制造是高职专业的重要组成，将3D打印技术应用到该专业课程教学中，能够有效提高教学质量。例如在《机械制图》专业基础课程学习中，课程的教学目标主要是培养学生的空间思维能力与想象能力，使学生能看懂或者绘制机械零件的三视图，传统教学中，教师通常使用挂图、模型以及黑板教学的方式进行授课，这很难给获得良好的教学效果，学生学习起来就比较困难，久而久之，学生会慢慢失去学习的兴趣。而将3D打印技术应用到机械制图中，则能够将机械零件以实物的形式展现出来，给学生深刻的认识。例如，在讲解空间三维实体截交、相贯内容时，其中所涉及到的空间三维实体，如果使用理论讲解的方式，讲解起来比较困难，且学生也很难获得深刻的理解，然而引入3D打印技术，就可以打印出三维立体实物，通过实物展示，使学生能够快速的掌握实体截交、相贯的基本概念，为后面的机械制造课程奠定坚实的基础。机械专业对学生的操作能力有较高的要求，所以实际教学中学生的实践操作是非常重要的教学环节，将3D打印技术应用到机械实践教学中能够帮助学生提高操作水平。比如，在讲解传统“发动机拆装”教学中，可以将发动机的各个零件打印出来，这样教师就可以在课堂中向学生介绍整个拆装过程，然后再让学生进行实训，这样能够大大提高教学效果与效率。
3 结语
综上所述，3D打印技术对高职院校专业课程教学有重要意义，因此高职院校应充分利用3D打印技术，将高职专业课程的相关内容与其结合，从而不断提高高职学生的理论与实践水平，促使高职人才与专业建设共同发展。
参考文献
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作者简介
刘柱栋（1981-），男，广东省河源市人。大学本科学历。现供职于广州番禺职业技术学院（中级职称）。研究方向为计算机应用。
关键词：
3D打印技术；市场应用；发展前景
中图分类号：
F27
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2014）18-0081-02
1 引言
当前，新一轮的数字化制造浪潮已在世界各国悄然兴起，随着发达国家制造业竞争力的持续下滑，“智能机器人、人工智能、3D打印”将成为实现数字化制造的关键技术。英国《经济学人》杂志曾经在2012年4月份发表了一个封面故事《第三次工业革命》，这个故事在论述数字技术给我们的世界带来变革的同时，特别的提到了3D打印技术会因为对传统工业制造规模效应的冲击将得到非常广阔的发展空间。作为第三场产业革命的标志之一，3D打印技术已在全球制造领域产生了重要影响。该技术已经不是研究员、科学家的专用技术，3D打印机甚至在一些欧美发达国家的应用也相当普遍。它已经从实验室和工厂逐渐走进学校和家庭。3D打印的服装已频频出现在全球各大时装展上，3D打印的曲奇和糕点已成为许多家庭餐桌上颇受欢迎的小点心，就连3D打印的个性家具也受到年轻人的喜爱，在自行车和汽车等交通工具的设计中也日益呈现3D打印元素。从小朋友的定制玩具，到父母的立体婚纱照，再到爷爷奶奶的义齿，3D打印能使家庭中的每个成员都感到惊喜并从中获益。3D打印技术逐渐从打印物体外包造型过渡到打印物体的内部构成，最终发展到打印物体的高级功能和行为阶段。总而言之，3D打印技术在世界上的发展速度已经开始加速。
2 3D打印技术的市场应用现状
经过多年的发展，3D打印技术已初步形成了一套体系，同时该技术可应用的领域也逐渐扩大，已涵盖产品设计、模具设计与制造、材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等各个领域，前景远大。显然，只有不断提高3D打印技术的应用水平，才能持续推动3D技术的发展。3D打印技术的实际应用主要集中在以下几个方面。
2.1 产品设计领域
在新产品造型设计过程中，应用3D打印技术能快速、直接、准确地将设计者的思想转化为具有一定功能的实物样件，缩短了工业产品的设计开发周期和降低了开发成本。该技术建立了一种全新的产品开发模式。
2.2 建筑设计领域
传统的建筑模型设计制作模式已难以满足现代化的高端设计要求，借助打印技术强大的优势和无可比拟的逼真效果，现今大多设计机构在大型设施或大型场馆设计中采用3D打印技术先期构建精准的建筑模型来进行效果测试。
2.3 模具制造领域
传统的玩具模具制造耗时长，制作成本高，3D打印技术在降低生产成本的同时也大大缩减了开发周期，提高了生产效率。3D打印技术在模具制造方面采用直接制模和间接制模两种，前者是指利用3D打印技术直接堆积模具，后者是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具。
2.4 机械制造和家电制造领域
3D打印技术在机械制造领域内主要用于单件制造和小批量金属零件的制造，具有成本低和周期短的优势。在家电行业，许多大型家电企业，如江苏的春兰、小天鹅，广东的美的、华宝、科龙，青岛的海尔等，在3D打印技术的普及与应用上都走在了国内前列，这些企业率先采用3D打印技术开发新产品，成效显著。
2.5 生物医学领域
近年来，随着人们对3D打印技术在生物医学研究领域应用研究的增多，利用3D打印技术制作人体器官模型，进行医疗模型和体外医疗器械制造，个性化和永久化的组织工程植入等，应用前景极为广泛。
此外，在文化艺术、美学教育、航空航天等众多领域，3D打印技术都展示了其广阔的市场应用前景。
3 3D打印技术的市场发展瓶颈
当前，我国3D打印产业尚处于起步阶段，市场发展缓慢，虽然取得了一些进展，但与发达国家相比，我国对这项技术显然还不够重视。一是由于尚无主导的技术标准、缺乏产学研一体化机构，技术研发和推广应用基本处于无序状态；二是由于当前3D打印的产业规模化程度低，尚未形成有效产业链，产业整合度低；三是有效的市场机制还未建立，主要依赖国家项目资助进行技术研究，企业的主体作用还未体现；四是缺乏社会的大力推广，3D打印相关课程尚未列入机械制造、材料工程等学科的教学课程体系，企业对3D打印技术的发展趋势认识不到位导致整个产业需求不足。
无疑，3D打印技术的出现，给人类带来了一种全新的生产方式和生活理念，对传统工业整体格局和规模化生产方式将是一种极大的挑战。然而，不容乐观的是，目前3D打印技术不得不面临打印材料、打印成本、规模经济等多方面的瓶颈，并且在短期内较难解决。
首先，关于打印材料，由于耗材对3D打印技术的应用和发展起着至关重要的作用，当前应用于3D打印的耗材及其有限，市场上常用的耗材包括PLA（生物降解塑料聚乳酸）、ABS树脂、橡胶、石膏、塑料、可粘结的粉末颗粒等，以及少量价格高昂的进口材料。并且，多数耗材主要应用于家电制造、玩具等轻工业民用产品领域，在汽车、航空等领域应用还较少，尽管有部分金属材料应用，但是离规模化大批量生产尚有相当大的距离。
其次，关于打印成本，由于打印的设备成本偏高，导致3D打印成本总体成本居高不下，单个产品的制造成本依然处于较高水平。使用3D打印机制造产品，缺乏规模经济，使得单间产品的打印成本远远高出规模制造成本。一方面前期投资成本大，另一方面资本回报率却并不乐观，因此大规模的资金投入还未形成。此外，3D打印速度偏慢，对于一件较为复杂的产品，花费时间可能是好几天甚至几个月。
而关于规模经济方面，由于受传统格局的制约，3D打印的推广进展缓慢。众所周知，传统制造业之所以能实现规模化大生产得益于生产过程的可重复与标准化制造，相比之下，3D打印更倾向于个性化与定制化，普通个人或企业的个性化与定制化需求显然难以满足规模化要求。
此外，3D打印技术还存在研发技术落后、产业的统筹规划不到位、知识产权保护有待完善及消费者市场有待开拓等多方面的的限制。从整个产业的角度来看，由于缺少大型龙头企业的示范作用，加之政府尚未出台有针对性的扶植措施，3D打印的整体产业体量还处于较低层次，离成熟的产业化运作还有相当大的差距。
4 3D打印技术的市场发展前景分析
随着3D打印机的普及，其应用领域也在不断扩展和延伸。据预测，2016年，中国有望超越美国成为全球最大的3D打印市场。3D打印也将促进中国企业提升国际市场上的竞争力并缩短与世界先进水平的差距。
随着市场需求的扩大，3D打印将呈现以下几个方面的发展趋势：一是随着技术的成熟，打印速度和打印效率将逐步提高；二是随着新材料的研发，打印材料更加丰富，成本更低；三是打印设备价格会越来越低；四是3D打印的应用领域将进一步扩大。
可以预见，3D打印前景广阔，将对社会生活及生产方式带来一场革命性的变革。而作为主导作用的政府，应具备高瞻远瞩的战略眼光，重点从以下几个方面进行推进。
首先，针对当前3D打印产业发展的热潮，政府应明确提出产业的整体目标，从战略的高度确定3D打印产业发展的整体规划，将3D打印产业作为重要的战略性产业，对推进步骤、重点领域和具体措施都做详尽的规划。
其次，相关部门应加强产研互动和统筹协作，共同打造提升3D打印技术的研发水平。
最后，政府必须逐步完善3D打印知识产权保护机制，保护知识产权拥有者的合法权益，坚决打击复制抄袭者的违法行为，促进3D打印技术向良性循环的方向发展。
5 结束语
3D打印技术如今被各国所认可，并不断有业内人士、学者评论“3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。”面对新的生产方式的变革和发达国家再工业化战略，我国应该高度重视3D打印这一新技术可能带来的制造业革命，深入分析全球3D打印技术的市场发展趋势，研究建立3D打印的基础理论和技术体系，加大人才培养、市场培育和应用推广力度，制定符合中国国情的3D打印产业中长期发展战略规划。同时，加快3D打印的试点示范，选择诸如高端汽车零部件、医疗器械等重点行业领域进行推广应用，积极探索和积累3D打印的市场运营和行业管理经验，积极有效地应对3D打印技术并使之为实现中国梦和中华民族的伟大复兴而服务。
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