关键词：3D打印技术；打印过程；切片处理
1 3D打印技术过程
3D 打印技术是国内称之为快速成形的一种先进制造方法。日常生活中最为常见的打印方式为普通的平面打印技术，然而3D打印设备与普通打印设备的工作方式大体相似，与普通打印设备不同的是三维打印设备内装有石蜡、金属、高分子材料、砂等不同的“原材料”如图1所示，利用三维打印机的“大脑”（计算机）控制作用，能将“打印材料”一层一层进行打印，最后将三维建转化成真实成品。因与普通打印机的工作原理及喷墨打印工作方式相似，因而得名 “3D打印机”[1]。这项打印技术称为3D立体打印技术。
3D打印过程中具有诸多不尽相同的相关的技术。它们之间的区别在于所用的打印原材料的种类及打印方式，同时在分层和对截面构建过程中以不同的方式创建部件。3D打印过程中所用的原材料通常是较易获得的材料，例如常用原材料有金属、陶瓷、塑料、砂等材料[2]。如图1所示。
三维造型软件同3D打印设备之间互相兼容的文件格式是“STL”为后缀格式。一个相应打印的文件用三角面来近似模拟物体的表面。三角面的面积越小打印后的产品表面的加工精度越高[3]。
切片处理是3D打印设备利用识别计算机模型的数据，用3D打印材料如金属、陶瓷、塑料、砂等将数据信息分层地打印出来，然后将分层打印出来的片体用不用的形式粘结在一起，最后形成产品。
打印设备打印出的片体高度和平面方向内的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。三维打印设备在平面方向打印的分辨率能跟常见的激光打印机的分辨率相近。利用三维打印设备打印出来的“水滴”的半径可以为0.03至0.05毫米[4]。同时加工时间还跟产品的尺寸大小和精度要求的高低有关。如果采用3D打印设备就能将时间大大缩短，也跟3D打印设备的打印精度、产品的大小和精度要求而定的。
对于加工精度要求较高的产品，如果打印的分辨率不够，将不能满足精度要求，可以通过以下的方法提高产品的加工精度：打印产品时，可以首先将产品打印的大一些，留有一定的精加工余量，然后通过打磨或者光整获得满足精度要求的产品[5]。
2 3D打印国内发展状况
3D打印技术实在上个世纪90年代开始在国内发展起来的一种新型的制造技术，从3D打印机到打印材料研究与开发，以及3D 打印在航天、汽车行业发展前景广阔[6]。目前，3D打印技术在原材料的节约、节约能源等特点与我国“十三五发展的战略”高度一致。
2.1 科研机构的研究
科技研究单位和高等学校对3D技术的研究较多，所取得的成果也很骄人，清华大学是国内最早对技术对3D技术开始研究的，在三维打印技术的科学研究不断发展进程中，最先以理论研究为契机，然后考虑原料的特点、工艺特点及三维打印技术的实际应用进行研究。清华大学的研究成果是用LOM工艺用纸，较理想的解决了FDM工艺用蜡和ABS丝材的材料有机结合，同时研发出了制造该材料的工艺设备[7]。华中理工大学，在20世纪90年代跟新加坡KIN
ERGY公司共同研发，研制出基于LOM快速成型技术的Zippy系列快速成形系统，同时，为该体系建立起了新的指标加工工艺[8]。
2.2 应用方面
3D 打印技术的发展的市场广阔，国内许多相关产业公司之间已经合作共同研发，为3D产业的发展奠定了坚实的基础，同时也为三维设备的开发提供了雄厚的技术支持。依据对我国三维打印产业的具体调研可以分为三大类：第一类是主要以开发三维打印材料为主的研究公司，第二类是主要以研发三维打印设备和销售的公司，第三类主要以销售三维打印设备和服务的公司。
3 3D打印国外发展前景
20世纪80年代，麻省理工学院荣获了3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司获得唯一授权并开发三维打印机。2005年，ZCorp公司发明第一台高分辨率多色三维打印机。2010年11月，世界上第一辆利用3D打印技术开发的汽车成功制造完成。同年，全球第一架3D打印的飞机问世。2012年3D打印机打印出人造肝脏组织。
3D打印技术是加工制造行业划时代的标志，大力发展3D打印技术，必将加快未来“全民设计”的步伐，带动工业、生活、经济的快速制造行业发展。
参考文献
[1]胡迪・利普森，梅尔芭库曼.3D打印：从想象到现实[M].北京：中信出版社，2013（6）.
[2]吴怀宇.打印：三维智能数字化创造[M].北京：电子工业出版社，2014（7）.
[3]伊万斯，程晨.解析3D打印机：打印机的科学与艺术[M].北京：机械工业出版社，2014（4）.
[4]李佳桂.金属粉末选择性激光熔化成形模拟及试验研究[D].华中科技大学，2007（5）.
[5]刘晓辉.快速成型技术发展综述[J].农业装备与车辆工程，2008（2）：10-14.
[6]颜永年，张人佶，林峰.激光快速成形技术的新进展[J].新技术与新工艺，2006（9）：7-9.
连续的科技报道称这项技术在建筑业、制造业和工程学领域已经有了很多成功的应用。随着越来越多的实验研究，现在该技术又被应用到医学领域。令人振奋的是，越来越多的医学难题似乎也可以随着这项技术的成熟迎刃而解。3D扫描技术与有机喷墨打印墨水和热塑性塑料相结合，已经能够“生物打印”出人体的某些器官，解决人类历史上很多横亘已久的生理烦恼。
眼睛
作为人类最爱护的部位之一，眼睛的疾患无疑给很多人带来了痛苦。英国公司Fripp表示，利用3D技术在1小时内打印150只假眼的梦想已经变成现实。这种大规模生产技术不仅加快了假眼的生产速度，而且大大降低了制作成本。打印的每只眼睛在色调上都有少许区别，这是为了产生更好的美学效果。这个项目主要是为发展中国家的患者提供他们支付得起的假眼。
面部假体
英国Fripp公司还与英国的设菲尔德大学合作生产面部假体，例如耳朵和鼻子。对患者进行3D面部扫描后，利用色素、淀粉和硅脂打印假体，复制出与患者原来的鼻子或耳朵非常匹配的面部结构。这个项目的真正好处是，当你开始佩戴面部假体时，你可以用仅为这项技术一小部分的钱再次订购。
美国康奈尔大学的一个科研组正在进行一个不同的项目：利用包含活细胞的油墨凝胶打印患者耳朵的3D模子。打印的产品会被注入牛软骨细胞和老鼠的胶原质，培育3个月后它们生长为成品。研究人员表示，人类有可能会在3年内开始移植这种假体。
塑料颅骨
除五官外，头部的骨骼病也得到了解决。荷兰乌德勒支大学医学中心的医生称，他们首次成功地量身3D打印出一个塑料颅骨，为一位患者进行了一次颅骨替代手术。因患有慢性骨骼疾病，这位患者的颅骨厚达5厘米，导致失明。更换颅骨的手术进行3个月后，这位患者不仅重见光明，也重新回到工作岗位。
骨骼
3D打印发展最成熟的一个领域，是生物打印人类骨骼植入物，现在称“置换骨骼”。2011年，美国华盛顿州立大学的研究人员宣布，他们已经打印出一个像骨骼的结构，它在分解以前，可以作为新骨骼细胞生长所需的支架。这个结构是用磷酸钙打印的，而且已经在动物身上成功进行了试验。
肢体
除了内部疾病，肢体残障也是一直以来困扰很多人生活的一个难题，幸而热塑性塑料是假手、胳膊，甚至是手指培育的领路者。理查德・范・阿斯是生产这些可支付得起的手和手指假体的其中一人，他的公司总部设在南非。该科研组通过将热塑性聚交酯打印与铝和不锈钢手指结合在一起，打造功能健全的机械手。公司正与美国企业家迈克・艾贝林联合进行一个项目，为在苏丹战争中因伤被截肢的人提供他们支付得起的手臂。这项合作被称为“丹尼尔项目”，是以14岁少年丹尼尔・奥马尔的名字命名的，因为一枚炸弹坠落在位于苏丹努巴山脉的他家附近，导致他失去两个手掌和部分手臂。
牙垫
美国《医药日报》也报道了3D打印在医学领域可以用于缓解睡眠呼吸暂停的好消息。根据美国睡眠呼吸暂停综合征协会的消息，估计有2200万美国人患有不同形式的睡眠呼吸暂停综合征，也就是在睡眠期间咽喉通道被阻塞。更坏的情况是立即无法呼吸，如果不及时治疗，这种状况会导致更严重的疾病，如心脏病、中风和糖尿病。现有的解决方案既昂贵也不舒服。澳大利亚联邦科学与工业研究组织的研究人员联合澳大利亚牙科公司采用3D扫描仪绘制病人的口腔地图，然后打印相应的牙垫。牙垫的材料是医用钛和医用塑料。这款牙垫可以把气流分向两个独立的通道。使用时从病人口中凸出的“鸭嘴型”钛槽可以确保气流顺畅地到达喉咙深处，避免舌头或口腔内部放松的肌肉阻塞气流。
自体输血机
血液的重要也被这项技术所重视。英国公司开发出革命性的自体输血机Hemosep。这款机器可以在进行心脏和严重创伤手术时收集流失的血液，通过使用机械搅拌器和化学海绵技术来集中血液。一旦血液准备就绪，患者通过静脉输液的方式回血。这不仅能为医疗机构节约大量的血液捐赠（通常都处于短缺状态），而且能够减少并发症的风险，如污染或免疫反应。对小孩来说更加安全，因为在外科手术中，小孩比大人面临更多手术风险。
皮肤
除对健康考虑外，人类对外表美观的追求也可以被更好的满足，比如皮肤烧伤或剐蹭带来的外形困扰。美国维克森林医学院的詹姆斯・尤正在研制一种能直接在烧伤患者的伤口上打印皮肤的打印机。“油墨”由酶和胶原质组成，它们与组织细胞和皮肤细胞分层打印出来，就会形成移植皮肤。该科研组打算研制一种便携式打印机，以便在偏远地区和战区，可以直接用来在患者的伤口上打印皮肤。
3d打印技术又称增材制造技术，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。是一种以数字模型为基础，运用粉末、金属、塑料等可粘合材料，通过逐层增加材料、快速成型的方式来构造物体的技术。
它颠覆传统制造模式，实现了制造从等材、减材到增材的重大转变。区别于平面二维打印，实现了三个维度的堆砌作业程序，它的作业过程很像是一台浇灌机从操作台的底部，将打印材料一层层的喷涂起来，根据编辑好的程序，在X,Y,Z轴上将模型展现出来，这个过程的原理就像打印机喷墨一样，所以俗称3D打印技术。
（来源：文章屋网 ）
如果评选近一段时间最受关注的科技热词的话， 3D打印无疑就是其中之一。这个被英国《经济学人》杂志称为“将带来第三次工业革命”的数字化制造技术，既可以打印出飞机零件、赛车、手枪，又可以打印巧克力、食品和人体器官等。这一切似乎都在表明，3D打印改变传统制造业和我们的生活只是时间问题了。然而，事实果真如此吗？
就像蚕吐丝结茧
对于3D打印机的工作原理，有一个形象的比喻──吐丝结茧。
3D打印机，顾名思义，用它打印出来的物品并非平面的纸张，而是一个立体固态物体。首先将一项设计物品通过3DCAD（3D计算机辅助设计）软件转化为3D数据，然后再根据这些数据进行逐层分切打印。在打印过程中，层层打印出来的切片会不断叠加，最终形成一个完整的立体物品。简单说来，3D打印就相当于做“加法”。
对于3D打印机的工作原理，有一个形象的比喻——吐丝结茧。蚕吐出很细的丝，一层一层把自己包裹起来，就形成了一个“立体”的茧。虽然目前材料和工艺不一样，但3D打印的基本原理都是根据要打印的物体形状，通过一层层地堆积而成。比如塑料材质，就是将塑料加热后，形成塑料丝，然后将塑料丝一层一层地堆起来，就形成了三维物品；还有一种是用激光照射光敏树脂或者金属粉末，形成固体后堆积起来变成三维物品。
清华大学教授、中国3D打印技术产业联盟首席顾问颜永年指出，传统的工业制造方法多是减材制造，即在整块材料的基础上去除多余部分，将剩下的部分制成产品。而作为“增材制造”的3D打印技术，则是按照设计图，精确制出每一层平面后再进行累加，所以在生产过程几乎不会产生任何废弃物。
“增材制造”，是与传统制造业的“减材制造”对应的，这种技术依据物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式，制成实物模型。“这就像盖房子，一层层往上垒砖砌墙，只不过用的不是方砖水泥，而是工程塑料、粉末、尼龙、光敏树脂甚至是金属、陶瓷等不同的材料。” 颜永年说。
颜永年介绍，3D打印技术主要包括4种类型：微滴喷射（FDM）、激光固化（SL）、激光烧结（SLS）和激光熔化（SLM）。其中，微滴喷射主要适用于生物制造；激光烧结因为能够打印飞机等高端产品上的关键金属零件为国防做出贡献，而在1999年被美国评为“最具创造力的技术”，它和激光熔化的主要优势在于快速成型较高强度的金属模具。“后来又衍生的很多技术都是在这四大类技术基础上发展起来的，基本工作原理都是逐层增加材料，最终形成物件，因此，这些技术都被通俗地称作3D打印。”
这不是一个新概念
虽然时下3D打印被人们炒得不亦乐乎，但它却并非什么新概念。
虽然时下3D打印被人们炒得不亦乐乎，但它却并非什么新概念。3D打印诞生于上世纪80年代，被称为“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”，迄今已有20多年的历史。早在1986年，美国科学家Charles Hull就发明出世界上第一台3D打印机。20世纪90年代初，美国麻省理工学院（MIT）获3D印刷技术专利，很快MIT和3D系统公司就各自开发了三维打印系统，随后ZCorp、Objet Geometries和Stratasys 也把以叠层制造技术为基础的3D打印产品推向了市场。如今，MIT和3D系统在3D打印领域依然保持着领导者地位。
过去20多年间，3D打印技术已广泛应用于多个行业领域，如汽车、航空、电子、医疗设备、牙科器械、玩具、家具制造、建筑、艺术和时尚等。
英国埃克塞特大学研究人员制作了一款以巧克力为原料的3D打印机，可以用来打造属于自己独一无二的个性巧克力；中国杭州的雕塑家李庆华利用3D打印技术，复原了在时光侵蚀中变得破败不堪的山西天龙山石窟造像群；荷兰设计师艾瑞斯·凡·赫庞将3D打印技术与手工制作完美结合，使用锦纶打造出了传统制造方式难以实现的复杂艺术品；而在医疗方面，除了3D打印的机械手臂，还有患者在荷兰接受了世界上首例由3D打印技术制作的人工下颌骨移植手术。
让“纸上画饼”成真的3D打印鲜肉技术也并非异想天开：虽然研究人员早就掌握了实验室培育人造肉的技术，但只是在营养成分上接近肉，真实外观和口感还相差甚远。有了3D打印技术的帮助，用微小的人造血管构造一块肉的立体框架，再在血管之间填充脂肪、蛋白质，形成肌纤维和肌肉组织。电脑提前设计好打印程序后，由技术人员按照真正肉类所含的营养元素往里添加原料，采用水基溶胶凝胶法，再配合特殊的糖分子结构，做成的鲜肉特别有弹性，而且烹饪后肉质松散有嚼头，丝毫不逊于真正的肉。
由美国Organovo公司研制的3D生物打印机如今已经可以制造动脉，开发者称由这种设备“打印”的动脉最早有望在5年内用于心脏搭桥手术。而心脏、牙齿和骨骼等更为复杂的器官则应该可以在10年内被“打印”出来。
在未来的航天事业中，由于携带备用零件会增加飞船的体积和质量以及受到宇宙中失重环境的影响，一旦飞船上面的某个零部件坏了，想要换新是十分困难的，如果利用装在飞船中的3D打印机按需打印零部件，问题便可迎刃而解。发明了以沙石为原料打印建筑物的设计师恩里科·迪尼甚至宣称，希望有一天，可以使用月球尘埃，在月球上轻松地建筑起一个基地。
据Wohlers Associates统计，2011年，美国市场共售出超过23000套3D打印设备。而2007全年，这一数字仅为66套，4年增长了近350倍。3D打印设备的市场前景十分乐观。据介绍，2011年全球3D打印产品与服务的销售额为17亿美元，预计到2019年，该行业的收入将达69亿美元。
可以说，3D打印机几乎已经被运用到各个行业中，将原本难以实现的设想一一转化成现实。无怪乎3DSystems公司负责全球市场营销的副总裁凯西·刘易斯曾在采访中自信满满地说：“有了3D打印，一切不再复杂。3D打印机几乎可以创造任何东西。”
我们准备好了吗？
虽然3D打印技术在中国尚未普及，但产业链正在形成，发展异常迅速，近两年增长尤其快，年增速均在50%以上。
有专家表示，3D打印概念之所以在2012年引人瞩目，除了其技术不断成熟和应用范围不断扩大的原因之外，美国政府对3D打印高度重视所产生的示范效应也不可忽视。2012年3月，为重振美国经济和美国制造，美国总统奥巴马提出建设全美制造业创新网络，并将3D打印确定为方向之一，引发世界其他国家纷纷效仿。中国也成立了3D打印技术产业联盟，以促进相关技术和产业的发展。
“中国在3D打印技术研究方面，并不落后。”工信部部长苗圩此前接受媒体采访时就曾表示，北京航空航天大学在国际上率先研发的飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术，就是在3D打印领域的重大突破。
从上世纪90年代起，我国开始研发3D打印技术，目前包括西安交通大学、华中科技大学、清华大学和北京航空航天大学等高校在这一技术领域已取得了不俗成绩，基本与西方发达国家处于同一水平，研发出光固化、金属熔敷、陶瓷成形、激光烧结、金属烧结和生物制造等类型的3D打印装备及材料。
清华大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、北京航天航空大学、西北工业大学及北京隆源自动成型系统有限公司等高校和企业，率先在3D打印设备制造、3D打印材料、3D设计与成型软件开发和3D打印工业应用研究等方面，开展了积极探索。目前，我国部分3D打印技术已处于国际领先水平。
此外，近年来，部分优势科研单位加快开展3D打印制造技术的研究。其中北京航空航天大学王华明教授、西北工业大学黄卫东教授已实现了大型飞机结构件激光沉积直接制造；华南理工大学杨永强教授开发了激光选区熔化金属粉末工艺及设备；清华大学林峰教授开发了电子束选区熔化金属粉末工艺及设备和激光微熔覆沉积制造技术等；华中科技大学史玉升教授科研团队研发世界最大激光快速制造装备（3D打印机），采用基于粉末床的激光快速制造技术，入选2011年中国十大科技进展；同济大学开发了3D打印成形系统。此外，清华大学利用快速成形技术的基本原理，针对再生医学和组织工程的需求，开发了低温沉积成形技术和细胞三维受控组装技术，形成了生物制造的核心技术。
虽然3D打印技术在中国尚未普及，但产业链正在形成，发展异常迅速，近两年增长尤其快，年增速均在50%以上。一些家用电器、通讯技术、航天、航空和汽车等领域企业对3D打印机的需求较多，应用于制造高端零部件产品，此外，医疗行业、食品行业、建筑行业和文化创意产业等对3D打印的需求也日益增强。
2012年，被称为“3D打印机元年”，是3D打印机市场从萌芽期进入成长期的转折点。资料显示，在美国，3D打印技术已经初步产业化。2012年，美国和以色列两大3D打印公司宣布合并，联姻后公司市值达30亿美元。美国一家3D打印服务企业已拥有15万个会员及超过6000个用户，已为顾客打印过上百万件产品。
在我国，2012年也是3D打印机公司日益增多的一年。北京上拓科技有限公司已经批量化生产3D打印机，一些3D打印机公司已将自己的产品放到淘宝商城上出售。
3D打印电子商务叁迪网（）于2012年成功上线运行，以汽车设计、3C产品、装备制造、动漫设计和个性化需求等为主要用户，提供在线3D打印服务，这是国内首家在线3D打印电子商务服务平台。
2012年11月，为加大行业整合力度，促进产业链协同创新，加强各环节合作，推动北京数字化制造领域全产业链协同发展与快速成长，“北京数字化制造产业技术创新联盟”正式组建。
2012年底，工信部宣布，将加强顶层设计和统筹规划，推动3D打印产业化，并组织制定发展路线图和中长期发展战略，完善3D打印技术规范与标准制定。
冷静看待3D打印热潮
相比伦理道德方面的挣扎和社会安全隐忧，3D打印技术在将来所面临的最大障碍或许来自各个利益方的博弈和制衡。
尽管3D打印在技术上存在着无限的想象力和应用空间，但是其未来之路真的会一帆风顺吗？一些潜在的问题使得这种情况看起来并没有那么乐观。
之前，所有人对干细胞技术在医学上的前景和潜力也都怀有同样甚至更强的期待，然而，由于这项技术在伦理道德方面存在着过大的争议，不仅引起了外界的强烈争议，同时，在研究者内部也掀起了质疑，科学技术和伦理之间的争端、分歧从来没有这样严重过。
最终，美国法院禁止政府资助任何和干细胞研究相关的科研项目，欧盟全面禁止干细胞技术申请专利，在我国，对干细胞的应用也同样做出了严格的规定。
这恐怕也是能打出婴儿模型以及肾脏的3D打印技术必须同样面对的困境，如何才能保证3D打印技术既能在医学上造福大众，同时又避免在伦理上引起大众的质疑，这不仅仅是一个简单的技术问题，同时涉及到人类社会、宗教、法律等诸多方面，对这样一项尚处于成长期的技术而言，来自外部的压力往往有可能是阻止其进步成长的罪魁祸首。
如果说3D打印伦理方面还只是引起人们对未来的隐忧的话，那么它在社会安全方面已经切实引起人们的担心。
就在不久前，美国有男子利用3D打印技术自造了一支自动步枪，在进行200发子弹以上的试射后，本来这件事从某种意义上凸显了3D打印技术的强大实力，在其他任何时间节点上出现都不会有太多的人注意。但是，不幸的是，就在这条消息前一周左右，却发生了造成12人死亡的TDKR影院枪击事件，3D打印技术也不可避免地被推倒风口浪尖。
随着3D技术的进步和改进，引发的相关安全风险还会越来越大。最后摆在人们面前的难题将是，如何保证3D打印技术不被犯罪分子和利用来为非作歹？又如何建立一套行之有效的监管机制来防止其这项技术被滥用？
但是，相比伦理道德方面的挣扎和社会安全隐忧，3D打印技术在将来所面临的最大障碍或许来自各个利益方的博弈和制衡。
上世纪90年代中期，通用公司推出了电动汽车EV1，如果电动汽车技术能够成熟并发展起来的话，能源枯竭难题、环境污染和能耗浪费等问题都将得到改善。然而，到了2000年，通用公司不仅宣布停止生产EV1，同时对其进行集中召回，最终在沙漠地区进行了彻底销毁。
根本的原因就在于围绕EV1所产生的利益纠纷，如果电动汽车技术一旦成熟，石油公司将成为最大的牺牲品。于是，这些资源寡头设局伙同政府当局对这项技术进行了打压，最终迫使EV1退出市场。
现在，大家对3D打印技术的前景希望越大，它所侵犯的那些寡头的利益也就越大。如果它能制造牛肉，那么畜牧业将受到影响，如果它能制造工业零件，将不同程度地波及到制造业相关部门，3D打印对零售业、人们的生活方式以及现有的商业模式都有可能是史无前例的冲击和影响。
那么，如今的这些寡头和既得利益者会轻易容忍它吗？3D打印会不会落得一个和EV1相似的结局呢？在利益面前，没有人知道资本和市场会做出怎样的选择——究竟是以技术和未来为重？还是斤斤计较于现下和局部的利益。
并非无所不能
现在如果有人说，3D打印可以在一台打印机上一次性打印出一架能用的飞机，我敢说他是在乱说。
“3D打印技术在我国的应用领域十分广泛，目前主要集中在高端应用、中端工业应用和民用领域。”北京隆源自动成型系统有限公司总经理冯涛，有着多年的从业经历、被业界公认为3D打印行业专家。他说，中端工业应用领域，例如企业新产品研发，在其开发设计阶段，3D打印可以在没有模具的情况下，直接进行样品原型制造，这就大大降低了设计与制造的复杂度，缩短了新品研制周期，降低了开发成本和风险。
不过，目前的3D打印并不适合批量生产。“它的优势在于传统制造业生产不出来，或者即使能生产但成本较高、研发周期较长的产品。”亚洲制造业协会首席执行官、3D打印技术产业联盟副理事长罗军说。
罗军介绍，现实生活中有许多用量不大、非常规设计的产品需要制造，比如高端应用中的航空和航天领域，符合流体力学规律的部件往往都不符合零件的生产条件，传统的工艺制造难度很大，同时许多产品内部复杂的设计构造在实际操作中根本就无法开模。“再如，传统飞机制造成本高，切削加工要去除95%以上的材料，3D打印技术则利用金属粉末只打印必须的部分，不浪费一点儿金属，节省了原材料。”
在专家们看来，媒体的报道令人兴奋，但现实中的3D打印，并非无所不能。
全国政协委员、江苏省社会科学院院长刘志彪曾在2013年两会上提出《新兴成长产业要避免衰退做法，加快发展以3D打印机为代表的战略性新兴产业的新对策》。他指出，当前全球3D打印产业尚处于发展的初级阶段，对其过分追捧是不明智的。为了实现产业化，亟待解决的关键问题主要有以下3个方面。
首先是产业市场需求的培育。市场需求是产业发展的原动力。目前，全球3D打印产业的市场规模只有区区几十亿美元，占全球制造业的比重仅为0.02%。因此，如何培育和迅速扩大市场对3D打印产业的需求是当前需要解决的首要关键问题。
其次是产业核心技术的革新。当前，3D打印远非成熟技术，在打印技术、控制软件、材料开发等核心领域的技术研发还存在明显不足。如在打印技术方面，目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能作为功能性部件，只能做原型使用。在材料开发技术方面，目前3D打印耗材非常有限，仅有石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料、陶瓷等10多种材料，显然无法满足生产对材料多样性的需求。
再次是产业低成本和高效率生产的突破。与标准化、规模化的流水线生产方式相比，当前3D打印技术的优势在“成形”而非“制造”。因生产的利润源于低时间成本，而当前3D打印一个单件就需好几个小时，故目前3D打印技术的生产效率比传统制造业更低。
“现在如果有人说，3D打印可以在一台打印机上一次性打印出一架能用的飞机，我敢说他是在乱说。”罗军对一些媒体并不准确的报道表示担忧，他认为这无助于公众正确认识3D打印。
“一架飞机由成千上万不同材质的零部件组成，不可能在一台打印机上实现。其实严格来讲，3D打印制造的只是飞机的外壳和部分金属零部件，而飞机中的精密仪器和复杂的集成电路，目前还是不能通过3D技术打印出来的。”罗军解释说。
“3D打印为我们描绘了非常美丽的前景，但其发展同样面临着多重制约。”罗军说，3D打印的核心技术有两个，一个是激光喷嘴，另一个就是打印材料，前者关系产品的精度和硬度，后者关系产品的实用性。在他看来，目前材料是3D打印发展亟待突破的瓶颈。因为任何一件产品都有其功能性，“我们不只是要打印一双像鞋子的‘鞋子’，而是能穿的鞋子。否则3D打印是没有意义的。”
颜永年坦言，效率、成本、性能等方面的不足也制约着3D打印的发展。例如，打印一个大的零件通常要好几天，一个很小的螺母也要十几分钟，而传统制造方法可能只要一秒钟。
选材受限影响前进步伐
材料的限制“绑”住了用户的使用热情，也“绑”住了3D打印设备厂商阔步向前的步伐。
“连机器带物料差不多两万元钱，用了整整4个小时才打印出一个小小的手环。”一位购买了3D打印机的用户徐天舒在微博上抱怨。
在他看来，3D打印机目前只能小规模打印一些复杂的物件，除了对个人用户来说成本太高，有限的材料选择也是很大的问题。“打印来打印去，不管是打印玩偶还是模型，都是固定的一种材料，时间长了新鲜感也就没了。”
除了个人用户对打印体验丰富性的要求，对工业级用户而言，材料的稀缺也让3D打印机是暂时只能用于小规模试制的“奢侈品”。一家已采用3D打印的医疗器械公司负责人向记者透露，工业级3D打印机使用的材质几乎不能通过淘宝等电商平台买到，很多只能匹配生产厂家提供的耗材，大多是国外进口，价格非常昂贵。
材料的限制“绑”住了用户的使用热情，也“绑”住了3D打印设备厂商阔步向前的步伐。
10多年前，冯涛任教于清华大学高分子材料研究所。他曾尝试一边做3D打印设备，一边研发3D打印材料。然而，巨额的投资需求和短期内极小的市场回报，使他和团队不得不暂缓了工程塑料等材料的研制。
而今，情况依然没有好转。
虽然国际上先进的3D打印企业已能实现工程塑料、尼龙、树脂、石膏粉等10多种3D打印材料的打印，但是在国内，3D打印材料严重受限的“缺钙”现象丝毫没有好转——自主研发的3D打印机大多只能打印金属、ABS这区区两种材料，并且每一台机器只能打印一种材料，无法实现打印材料的自由切换。
“即便美国最先进的厂家有10多种打印材料，要想让3D打印进入大众消费领域，他们这个数量也远远不够。”冯涛说。
王华明，北京航空航天大学材料学院教授，凭借飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术获得2012年度国家技术发明一等奖。他说，之所以材料如此稀缺，是因为3D打印所用的材料是一套与传统材料学不同，需结合精密仪器、3D打印工艺和材料本身的相对独立的研发系统。在可应用的材料方面，所有的3D打印设备厂家都是白手起家。对于绝大多数企业来说，3D打印市场培育尚处初期，投资研发新材料的动力严重不足。
3D打印能打印人耳、肝脏等人体器官的消息频见报端，王华明则认为，“真正能打印出人体器官，那一定是生物组织工程的突破，而绝非3D打印机的功劳。”
标准太低、太粗糙
现有标准定得太低、太粗糙，几乎任何一家3D打印企业都能轻易达标。
假如材料问题解决了，成本也降下来了，能够帮人们随时随地实现个性打印，3D打印机是不是就能畅通无阻地“飞入寻常百姓家”呢？
答案依然是否定的，事情远非这么简单。
“打印精度是否达到厂家宣称的标准、喷头是不是容易堵，这些产品特性都没有官方的评价机制，只能上网查查、凭网友和同行的口碑推荐了。”一位想要购买一台桌面3D打印机的首饰设计师表达了她的困惑。
她的担心绝非个例。记者调查发现，市场上专业3D打印设备公司的桌面3D打印机售价1万～3万元不等。然而，在一些硬件社区，只需花6000元就能买到一台DIY的3D打印机。
相差1到5倍的价格，质量上的差别，买家却很难从权威机构的质量认证标准上获得辨别。
事实上，中国机械工程学会特种加工分会此前已牵头制定了3D打印技术相关的安全标准、产品标准，但是对于这一标准，冯涛认为，“现有标准定得太低、太粗糙，几乎任何一家3D打印企业都能轻易达标。对维护行业健康竞争发展，对消费者权益也更为重要的具体的产品检测方法、检测标准，这些都没有明确的规定。”
冯涛认为，当3D打印机像手机、电视这种成熟的产品或电子仪器一样，由第三方机构都可对其产品达标情况进行检验时，3D打印机才有可能真正地“飞入寻常百姓家”。
掀起第三次工业革命？
与其过于乐观地说3D打印技术将引领“第三次工业革命”，还不如说有助于推动产业升级更为实际。
英国《经济学人》杂志曾指出，在3D打印技术得到广泛应用的情况下，制造业也许不再运用工厂这种将人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式，而是转变为一种以3D打印机为基础、更加灵活、所需投入更少的生产方式。《经济学人》将这种趋势称之为“社会化制造”，并认为这种新型的生产方式，有望促成第三次工业革命。
然而，对于3D打印技术是否会就此带来“第三次工业革命”的问题，柏林工业大学3D实验室主任哈特穆特·施万特教授却给出了否定的答案。他说：“尽管3D打印技术对于科学和经济已有一个重要的作用，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。但我认为现在这个阶段就说3D打印将带来‘第三次工业革命’是夸张的，目前还没有人可以做这样的断言。”
施万特解释说：“目前为止，3D打印技术仍然是一个非常昂贵的技术。设备购置、材料成本以及技术维护都还非常昂贵。在3D打印机市场上虽然可以有多种不同的技术，但是每种技术只有一个制造商，他们仍然试图维持较高的价格，因此一般的中小型企业在经济上难以支撑这样的应用。还有一个更大的问题，3D打印任务不可能点击一个按钮就自动产生。大部分的工作在于密集的数据准备。这需要大量的时间并要求大部分员工有长期的经验和专门技能，这样的人现在数量还非常少，这也不是一个中小企业所负担得起的。”
在刘志彪看来，与其过于乐观地说3D打印技术将引领“第三次工业革命”，还不如说有助于推动产业升级更为实际。3D打印技术虽然会重整发达国家制造业竞争力，但是短期内难以颠覆整个传统制造业模式。
“首先，3D打印只是新的精密技术与信息化技术的融合，相比于机器大生产不是替代关系而是平行关系；其次，3D打印原材料种类有限，决定了绝大多数产品打印不出来；第三，个性化打印成本极高，而只有规模化才能降低成本。” 刘志彪指出，3D打印的“革命性”或许只有在漫长的发展过程中才能慢慢显露，但短期内难以成为“革命性”的现实。
对制造业产生冲击？
3D打印和传统制造都有各自的优势，两者不可互相取代，在今后很长一段时间内，3D打印与传统制造工艺将不可分割地共存。
3D打印的兴起，会对中国制造业造成哪些冲击？刘志彪表示，在个性化需求逐渐占据主导地位的消费时代，3D打印产业化显然会对中国这样的制造业大国产生巨大的影响。一是由于其超强的设计能力，可能带动我国制造业的转型升级；二是由于其精密化的“打印”，可能取代低附加值产业成为高附加值的精益制造业；三是给新材料提供发展机遇；四是使研发和设计等“非实体性活动”成为产业链高端，从而推动制造业价值链的攀升和制造服务化。
王华明说，3D打印是一匹千里马，确有用武之地。但是，至少从目前来看，3D打印和传统制造都有各自的优势，两者不可互相取代，在今后很长一段时间内，3D打印与传统制造工艺将不可分割地共存。
很多从事3D打印研究的专家与王华明的观点一致， 3D打印机不会彻底取代车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，传统的标准化生产方式仍然会是主流。3D打印不会把中国制造“逼上梁山”，反而会成为传统生产方式的“好哥们”。
市场培育的过程虽然漫长，却极少有人否认3D打印机的发展前景。“20年前机器人刚刚兴起时，发展也极其缓慢，但随着这一两年富士康等制造企业大规模启用工业机器人，工业机器人的发展拐点已经到来。同样是制造业变革的一部分，3D打印机肯定会与机器人一样，也会迎来这一天。”冯涛说。
“生物制造是今后3D打印的一个最新发展方向，基于3D打印技术的细胞三维受控组装工艺，是生物制造中最为核心的技术，其目标为具有新陈代谢特征的生命体的成型和制造，”颜永年透露，这个产业在美国已经兴起，并达到了40亿美元的规模，“20年后，我相信3D打印人体全功能内脏器官完全有可能实现。”
对3D打印的前景，罗军也十分看好。他说，未来3D打印将呈现与传统制造业并驾齐驱、互相补充的发展态势。3D打印技术的发展离不开传统制造业的支撑，“而3D打印技术将为传统制造业的转型升级提供技术支持”。
关键词：3D打印；工业设计；应用；影响
一、3D打印技术
（一）3D打印技术原理。3D打印技术最早称为快速成形技术或快速原型制造技术，是在当代CAD/CAM技术、机械工程、分层制造技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的一种先进制造技术。它是以计算机三维数字模型为蓝本，用软件将其分解成若干层平面切片，然后由数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式将可粘合材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出产品。
（二）3D打印技术的常见细分类别及可使用材料。常见的3D打印技术根据成型技术的不同可以分为下表几个类别：
（三）3D打印的优势。3D打印技术是大批量生产形式向小批量、个性化生产形式发展的引领技术，其突出优势在于生产结构、外观复杂的物品而不增加成本、多样化不增加成本，在于无须组装、零时间交付、设计空间无限、零技能制造、不占空间、便携制、减少废弃副产品、材料无限组合及精确的实体复制。
二、3D打印在工业设计中的应用
（一）概念模型、功能原型的制作。在工业设计的流程中，需要反复制作不同作用和类型的零件、模型，传统的方法有着制作周期长、劳动强度高、精度差、成本高等诸多缺点，而使用3D打印技术可以快速、轻松、精准的得到所需的零件、模型。
（二）工业设计过程中所需工具的制作。工业设计是一个充满创造力活动，不同的产品、不同的设计师在设计过程中需要用到各种各样的器材和工具来辅助，这些工具大多数都是设计师根据需要自行制作。这时，可以通过3D打印机完成，而不是耗费大量的时间、精力通过各种加工方式去制作。3D打印设备在工具制作上不仅可以缩短时间，降低成本，还可以构造出结构更加精密、质量更加轻盈、更加符合人体工程学的产品，大幅度提高设计的效率。
（三）小批量产品生产。随着3D打印技术的发展，其打印成本和打印时间进一步下降，可以打印的材料、方式不断丰富，使其在小批量产品生产上与传统加工制造工艺相比，有着生产流程短、时间少、成本低等巨大优势，而且不受时间、空间、机床、模具的限制，只要有需要便可以随时暂停生产，对设计进行修改，解除了传统制造业的技术、成本、工期等限制，这样，设计的产品不但快速而且灵活的得以生产。
三、3D打印对工业设计的影响
（一）解放束缚，改变设计理念。传统的设计造型受产品的生产、组装等工艺制约，使得设计师的创造力、想象力受到束缚。而随着3D打印技术的发展和成熟，结构、外观再复杂的产品都能通过3D打印机打印出来，且浑然一体。如此，设计师可以将精力集中在产品形态、外观创意和功能创新、改进上，使产品的造型设计多元化、结构设计一体化、使用人性化趋势逐渐显现，在其技术、经济、美学、环境、人机等属性因素中，人机属性和美学属性因素所占的比例得到提高。传统的工业设计是建立在传统的大批量生产方式之上的，这就要求设计是根据一个模型来进行的，即使是所谓的个性化设计也只是将模型的生成范围缩小了。这意味着使用者的心理、生理及使用时间、环境等差异性在设计过程中难以体现。如鼠标设计就是这种典型的设计方式：传统设计模式是让使用者手掌的大小、使用的习惯、个性需求等去适应有限的规格、型号，而3D打印技术则可根据使用者的手形、习惯、个性需求等设计、生产出与其完全匹配的产品。3D打印技术使产品的个性化设计与生产成为可能，利用3D打印技术可以实现产品的量身定做，真正实现以人为本。
（二）3D打印技术对工业设计流程及成本的影响。在设计过程中，顺畅而高效的设计交流是工业设计开发取得成功的重要保证。其中各种类型的模型是交流的重要手段之一，手工制作的模型在精度、质感、触感等方面与概念的设计预期都存在较大偏差，而3D打印能克服这些缺点，使设计团队中的每个成员及用户都能够直观地看到和触摸这些概念模型，比较它们之间的结构、外形和功能的差别与优劣。另外，工业设计过程中的模型如果用手工制作的话将耗费相当长的时间，是缩短产品上市时间的最大障碍，采用3D打印可大大缩短概念模型和产品原型的制作时间，从以往的几天乃至几个星期缩短到几小时。近年来，随着产品复杂化和个性化的发展趋势，设计过程中模型加工和制造的成本非常高，复杂模型甚至要求制作专用模具和加工工艺以保证模型的精度和真实效果，而3D打印技术可实现模型随时、随地制作，大幅度降低设计成本。
（三）3D打印技术对设计产业的影响。传统的工业设计模式受到固有减式生产方式所制约，由专业设计师主导。但随着3D打印技术的日趋成熟，独立设计师对于传统加工业的依赖性将越来越小。对于那些具有较强的创新意识，具备一定的设计、研发能力的消费者很可能变成设计师和生产商。随着3D打印技术所带来的社会化制造，独立设计师和品牌也将崛起。
四、3D打印在工业设计中所面临的问题
3D打印由设计师、设计软件、设备、材料等共同作用，相互影响。在工业设计领域，3D打印技术解放了设计束缚，激发了设计师的创作灵感，但用于3D打印技术的设计软件、模型输出格式等方面依然需要进一步发展与完善。目前，3D打印技术可以与设计完美地结合在一起已经在诸多产品上得以证实，并获得了广泛的认可，但是如何让其在更多的产品生产中发挥应有的作用，仍是一个需要不断探讨的问题。同时，3D打印技术其本身又存在先天性不足，例如：打印尺寸受技术和打印机的限制、产品打印时间过长及大批量生产时无成本优势等，这些原因使3D打印仍不能代替传统制造工艺。结论：3D打印技术在工业设计领域已经获得了重大的发展和应用。在工业设计领域，3D打印技术不仅可以满足当下人们对个性化、订制化产品的要求，还可以实现结构、外观复杂产品的制造，提高设计制造精度，大大缩短设计周期，降低设计成本，激发了设计师的创作灵感，为产品设计带来新的生命力，同时催生了大量独立设计师及设计品牌，有良好的发展前景。同时，3D打印技术也存在一些技术和推广上的缺点与不足，但随着3D打印技术的发展、成熟及设计人员的不懈努力，一定会在工业设计领域得到越发广泛的应用。
参考文献：
[1]蔺薛菲.3D打印技术对制造业产品设计的影响研究[J].艺术与设计(理论),2015,08:103-105.
【关键词】3D打印；虚拟现实；教育创新
1.引言
3D打印技术的思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得到发展和推广，如今已经是日益发展成熟，成为当前最热门的新兴技术之一。2013年5月30日在北京召开的首届世界3D打印技术产业大会成立了世界3D打印技术产业联盟，标志着3D打印技术真正进入了大规模应用和研究的阶段。
对3D打印技术的大规模研究引起了教育工作者的关注。《地平线报告》是美国新媒体联盟与美国学校网络联合会合作的教育领域最引人关注的新技术报告。2013年版的《地平线报告》首次将3D打印的教育应用列入了“待普及”的新技术清单，并对3D打印作了比较详细的介绍，报告认为，该技术将会在4到5年之内普及[1]。目前，在教育领域，3D打印技术的应用才刚刚起步，目前还有一定的局限性，有许多问题值得研究。该项技术在教育方面极具创新潜力和广泛应用的前景，本文先介绍3D打印的原理，然后对3D打印在虚拟现实课程教学中的应用进行探讨。
2.3D打印技术的原理
3D打印技术是添加制造技术的一种形式，作为新兴的技术，3D打印的工作原理和传统的打印相类似，只不过打印所用的原材料由油墨换成了尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶等多种原材料。虽然不同3D打印机的材质及构造不相同，但其工作原理都是采用逐层打印，叠加成型的模式。首先得通过计算机辅助设计或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“切片”成逐层的截面数据，然后通过计算机把这些信息传输给3D打印机，3D打印机从底部开始打印，每一层的打印分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，然后在胶水上喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化粘结。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被粘结起来，“打印”完成后，需要对打印的模型进行后期处理，例如固化、剥离、模型的修整等，最终将立体的物体呈现到人们面前。与传统模型制作相比，3D打印具有制作精度高和制作周期短等显著优势。这种方式既不会产生废料，而且还能生产出各种造型复杂的产品。并且省去了传统模型制作中向传统供应商提交数据、产生订单、等待发货以及收货等种种繁琐的程序。
3.3D打印技术在教学中的应用
虚拟现实教学的实践性很强，教学过程实际上就是一个不断实践的过程。学生在教师指导下独立自主地学习，通过亲身的实践活动，不断地从感性实践上升到理性认识，再反过来指导感性实践。通过这种学习，学生的观察能力、独立思考能力、动手能力得到了很好的锻炼；求实的科学态度、探究的科学精神、热爱科学的情感也得到了培养[2]。
3.1 3D打印技术有助于激发学生的创新思维
3D打印技术作为一种连接虚拟现实中三维设计与真实世界模型的技术，不仅丰富了学生的学习环境，而且激发了学生的创新思维。3D打印机能够实现将学生的三维设计想法快速地进地生成原型，而不用花很多时间手工制作，通过快速生成的原型，在设计初期就可以更快、更安全地发现问题和不足，并且修正设计中的缺陷，教师也能及时给予指导和帮助。在这一过程中能够引导学生进行一个不断创新的设计过程，促进学生创造力的培养。利用3D打印还有助于营造一种优质的创作环境，不断强化学生的设计能力、批判性思维和问题解决能力，这些也是知识经济时代的人才培养目标之一。对于一个复杂的大型模型，还可以对学生进行分组，每组设计一部分模型，然后互相进行交流，这种交互活动不仅能够培养学生的合作精神和协作能力，而且能够充分激发学生的创造性。
3.2 3D打印技术有助于改善教学效果
3D打印技术的最大优势在于能拓展人们想象的空间。不论是教师还是学生一旦他们有新的想法时，都可以通过3D打印技术来实现。这就使得以后的教育将变得更灵活，使得学生以后不仅仅是被动的单纯接受知识，还可以对知识进行主动的探索。在虚拟现实教学中，很多教师都希望都将电脑中三维虚拟的模型转化为可观察、可触摸的实体模型，以便学生可以更形象更直观地去理解所学的知识和技能，让学生获得切身的体验。3D打印正好解决了这个问题，并且它可以帮老师更好的传递他们的教学思想。通过3D打印，既能够帮助学生更好地掌握抽象三维虚拟模型，也为教师讲解该教学内容提供了一种更直观的方法。一个具体的实物胜过成百上千句话语的表述。因此，在虚拟现实教学中运用3D打印可以深化学生对抽象知识的领悟，提高学生的学习效率，将复杂的知识变得更容易理解。使教学活动更高效。3D打印技术可以大大激发学生在学习中的能动性和创造性，从而也更好地提高了教师的教学效果。
3.3 3D技术打印有助于营造更愉快的学习体验
由于成本和技术问题，传统虚拟现实教学中学生仅在电脑上完成三维设计方案，不能够制作模型。配备3D打印机以后，通过3D打印即可及时看到自己设计出的产品，学生的设计得到了快速的实现。3D打印的核心应用就在于它能够帮助学生将数字化的三维设计快速变成可触摸的实体模型。独特的实物模型能使学生获得切身的感受，并且学生还可以跟模型进行互动，从另一个角度增加对模型的了解，在这个过程中，能够帮助学生获得愉快地学习体验，增强他们记忆，避免遗忘。这将更好地激发学生的灵感，给予他们更多的想象空间，使他们更愿意去加入到自己设计自己生产作品的过程中。在虚拟现实教学中，3D打印加速了学生三维设计的过程，帮助他们避免了把时间浪费在无用工作上，也避免了最终三维设计不合理所带来的挫败感，使学生的学习体验更为愉快。
4.结束语
3D打印丰富了学生的学习体验。3D打印技术在本质上是多媒体技术的延伸，它拓展了人的感觉和知觉，促进了人的思维能力的进一步发展，它与教学的融合势在必行。各院校应将3D打印引入到虚拟现实教学中，促进学生综合能力的培养，拓展学生的想象空间，开发学生的发散思维，提升学生的设计能力，增强学生设计的严谨性，提高学生的动手能力。3D打印机在教学中的使用，必将会推动教学方式的变革，对传统的教学模式进行改革，不久的将来，3D打印也会像电脑和互联网一样在学校和家庭中普及。作为教育工作者绝对不应该错过使用这项新技术的大好时机。虽然目前3D打印的普及还面临着很多现实困难，但随着技术的不断进步和飞速发展，很多我们现在面临的难题都会迎刃而解。让我们在实践中继续探索3D打印技术在教学中的应用，借此推动教学活动的创新。
参考文献
Abstract： 3D printing technology has drawn more and more attention in recent years. This new technique is widely used in architecture engineering construction. This article， this article mainly introduces the development and application of 3D printing technology in architecture construction， and discusses the methods of using 3D printing technology to improve the traditional architecture.
关键词：3D打印技术；应用；建筑施工技术
Key words： 3D printing technology；application；construction technology
中图分类号：TU974 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）36-0176-02
0 引言
3D打印技术是近年来新兴的一种技术，自问世以来就得到了广泛的关注，应用跨越各个领域。在建筑领域，它更是以简捷方便的操作方式吸引了不少建筑人在这方面的研究，而在高校之中却还没得到相应的关注，高校作为培养人才的场所，是改革创新的主要力量，应该高度重视科技的发展，3D打印技术作为一种新型的科技，它具备着在建筑方面的巨大潜力，并且已经在建筑方面得到不少的研究成果。本文主要对3D打印技术在建筑工程建设中所起到的应用和发展进行研究和探讨。
1 3D打印技术的发展
3D打印技术最早起源与美国，80年代后期，3D打印技术有了根本性的发展，1988年发明了分成实体制造，1989年发明了粉末激光烧结技术，1992年发明了熔融沉积制造技术，1993年在麻省理工大学发明了3D打印技术。1994年德国公司EOS推出了EOSINT选择性激光烧结设备，1996年，3DSystems公司使用喷墨打印技术制造出其第一台3D打印机――Actua2100；近年来出现的新型打印机包括压电喷墨式、气动式、电动式、电流体动力喷式和混合式等5种3D打印机，而现在正在发展的大众化3D打印机包括工程设计用、简易实验用、学生学习用和家用等4种3D打印机。
2 3D打印技术原理
3D打印技术也称三维打印技术或快速成型技术，就是在普通的二维打印的基础上再加一维，使其最终形成一个三维物体，它工作原理是一种以数字模型文件为基础，即需要先在计算机上建模，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过将一层层地粘合材料打印制造三维的物体的技术，实现这种成型的设备称为3D打印机。成型的方法方式也多种多样，传统的有喷墨粘粉式（3DP）和熔融挤压式（FDM），近年来出现的新型打印机包括压电喷墨式、气动式、电动式、电流体动力喷式和混合式等，但是无论何种成型法，都是采取原料加层方法形成3D物体，这种打印实体的方式比传统的技术要更加方便快捷，绿色节能。
3 3D打印在建筑工程建设中的应用
3.1 3D打印技术对建筑模型的初步应用
3D打印技术的应用极其广泛，在各种领域都有所涉及，特别在建筑领域中的应用在未来有取代传统建筑法之势。现阶段出于人们对建筑住房的要求越来越高，设计师们对建筑的设计不得不更加复杂化，目前传统的制作模型方法已经不足以满足人们的要求了，所以现在3D打印机是建筑设计师们必不可少的工具。
早在1986年，全球第一台3D打印机就在这个世界诞生了，并且在同一年打印出了简单的三维建筑模型。如今当你看见了一个完整的建筑模型被打印出来不用太惊讶，现在只要我们把建筑物的立体数据输入电脑，按打印键，3D打印机机会根据数据打印出立体实物。如图1就是用3D打印技术打印出来的简单立体实物，图2是利用3D打印技术打印出来的建筑模型。两个建筑模型被打印出来其实操作并不复杂，只要我们先把立体数据准确的输入电脑，然后把所需要的建筑模型的材料有规律的放入打印机，并且按下打印键，最后建筑实体模型就被打印出来了，打印前后所需要的时间只需几分钟，大大的提升了制作建筑模型的效率。这样打印出来的建筑模型不但满足销售商吸引顾客眼球的要求，而且满足顾客对建筑模型审美的的要求，并且建筑模型与实体建筑相似度可达九成以上，所以现在部分顾客可以根据模型去选购自己心仪的建筑。
图1是几年前，美国一位对3D打印技术极其的熟练而且对打印建筑物的速度能够很好控制的并且设计建筑方面有着极其丰富经验的建筑行业专家Rietveld architects的一项研究成果。自从2008他拥有属于自己的3D打印机开始，他就不再使用纸张、纸板之类的去构思画图，而是使用3D打印机去试验各种建筑小模型并且尝试实体建筑物，并且能够从里面学习到很多东西，不断的进行着改进。自从他们明白了将3D打印技术使用度达到最大，他们就改掉了之前的打印方法，从而改进打印制作模型的技术。后来他们发现用3D打印技术的打印速度也非常重要，并且他们找到了能够快速形成模型的软件。经过这些重重改良之后，他们认为打印的效率和质量要摆在首位，他们白天的时候在软件上设计建筑蓝图，在晚上进行打印，这样晚上可以通宵打印他们的模型，到第二天早上建筑模型已经被打印出来了。
3.2 3D打印实体建筑物在各国逐步出现
在美国，LGM公司就是利用喷墨粘粉式三维大打印机，通过在高性能石膏粉上选择性的喷射黏结剂来为客户制作建筑模型，这些模型课分为四种：
①概念模型，尺寸比例为1：8、1：10和1：16，最大尺寸0.91m×1.22m。
②销售模型，尺寸比例为1：8，最大尺寸为1.22m×2.44m。
③地形模型，尺寸比例为1：80，最大尺寸为1.52m×0.91m。
④结构模型，尺寸比例为1：8、1：10和1：16，最大尺寸为8.53m×3.05m×1.83m。
在英国，建筑师查理・布斯维尔曾致力于建造一台4m×5m的的三维打印机，用于打印陶瓷、水泥、石膏、黏土、石灰、聚合物和金属材料，构成建筑物。例如，精确的打印出混合多种材料的的墙体，不必分别进行单独加工，墙体上能预留用于制作门窗的口子，也能将墙体打印出蜂窝结构，用于隔热保暖，还能预留布置电线和管道的通路。
在意大利，恩里科・迪尼成功研制出一种称为“D外形”的大型三维打印机，这种打印机的喷头有数百个喷嘴，用喷射黏结剂来黏结沙和镁组成的粉末，成型层高为5～10mm，最终打印出的建筑构件类似大理石，比混凝土的强度更高，并且不需要内置钢筋进行加固。用这种三维打印机建造建筑物的速度是采用普通建筑方法时的4倍，并且能减少一半成本。
在中国，3D打印技术的应用也十分广泛，无论是在建筑行业还是其他各个行业都得到了相当大的进步和发展。在上海，我国成功的在上海张江高新青浦园区内利用3D打印机打印出10栋建筑物，这些打印出来的建筑墙体主要利用建筑垃圾制成的特殊“油墨”然后按照计算机辅助设计（CAD）设计的图纸和方案，经过一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而形成，然而令我们更吃惊的是，10栋小屋的建筑过程仅仅花费24小时。
3.3 3D打印技术打印建筑物实例
如图3、图4就是用特殊“油墨”借助一台大型的3D打印机所打印出来的。房子的面积不大，十来个平方，最高不过两层，然而特别之处是我们看不到传统施工方法和材料，现场我们看不到一砖一瓦，墙体是由一层层水泥材料堆叠而成，呈现出年轮蛋糕的结构，这也就是我们3D打印技术层层打印的原理所喷绘而成的这样一个结构。据了解，用建筑垃圾制成的“油墨”是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料，其使用年限和强度都高于钢筋混凝土。而且由3D打印机打印出来的空心墙不但能够很好地减轻了建筑物的自重，还能够填充一些保温材料或设计墙体结构，一次性解决墙体承重的结构问题。相同的，无论是桥梁、简易工房、居民住宅、剧院或者是宾馆、其建筑的强度都符合并且高于国家建筑行业标准，更让我们想不到的是，这种“油墨”挤出后很快凝固，保证了打印机的连续打印，也即是说如果我们要建一栋25层的住宅楼，只要打好地基，仅需要半个月即可完成整栋楼的建筑框架，最后安装好门窗，水管和电线管，最快一个多月我们便可入住。同时，使用3D打印建筑，绿色环保，节约材料和成本。
4 结语
在建筑业里，建筑设计师用3D打印机打印建筑物既快速又低成本、既环保又精美的方法，还节省了大量的建筑材料。现在3D打印技术打印建筑物这个领域已被许多国家应用，并且已有人居住在3D打印机所打印出来的建筑物里。3D打印技术打印建筑物在未来的22世纪将会有可能取代传统的建筑方法，并且还将会用3D打印机直接打印出一整栋楼房，同时，可以根据建筑物数据一并打印出建筑楼房里面的家具。这样的3D打印技术制作简单、环保、又低成本的技术在将来会广泛地应用于全球的。
参考文献：
[1]胡迪利普森，梅尔芭库曼.3D打印 从想象到实现[J].网络与信息，2014.
随着其核心部件如激光、高精度电机、加热喷头等相关技术的逐步发展与性能的提升，加之诸如打印汽车、枪支、食品、器官等炒作事件被媒体推波助澜的报道，3D打印这一概念的关注度在近5至8年间被提升到相当高的位置，其产值和应用范围被媒体、民众和政府严重高估。但2013年初开始的3D打印股票接连下挫的市场行为，使得3D打印概念广泛被各类券商、基金等投资机构看空，且媒体相关报道趋向理性和全面，导致存在于3D打印这一被持续热捧概念中的泡沫开始破裂。国内市场上如乐高股份、光韵达等多支3D打印明星股开始大幅下挫，国际市场上除3D打印龙头3D Systems和Stratasys由于企业并购等利好因素导致股价上扬之外，其他3D打印股价均回归低位。这一市场行为的直接原因在于，3D打印还未形成广泛的工业应用，不存在实际的完整产业链条。3D打印不能大面积应用的最重要原因在于各类适用材料不能满足设计要求，3D打印材料是3D打印产业发展的技术瓶颈。
目前3D打印技术的核心在于打印材料
各类3D打印材料直接影响打印产品性能和后续工艺
所谓3D打印材料，是增材制造（即3D打印）技术用于逐层堆积制作零部件的基础原材料和技术核心，科研人员针对不同类型和性质的原材料开发出原理大相径庭的各类3D打印技术。目前市场上主流的3D打印工艺类型有选择性激光烧结（SLS）、光固化成型（SLA）、丝材熔融挤出成型（FDM）、液体喷印成型（3DP）、分层实体制造（LOM）以及上述类型相应的细分衍生技术等，其应用材料则包含金属粉末、高分子聚合物、光敏树脂、聚乳酸、无机材料粉末、生物高分子材料等，涵盖范围十分广泛。
由于3D打印技术采用在水平面内逐行成型、在三维结构内逐层堆积的技术原理，致使打印材料的性能直接决定成品的强度、刚度等力学性能，粗糙度等表面质量，以及防潮性、热稳定性、生物相容性等其他特殊性能。材料性能又能进一步影响热处理、表面理化处理、精加工、抛光镀膜等后续工艺，直接影响生产成本和成型效率。随着其他相关零部件技术的不断提高，3D打印材料的地位不断提升，其性能已成为当前影响3D打印技术发展和产品应用的核心问题。
打印材料是促进3D打印设备及零部件技术创新的原动力
目前在常用3D打印材料种类基本稳定的前提下，企业期望提升产品质量、提升产品竞争力、扩大市场份额，就需要对打印设备的总体设计进行优化，对成型工艺进行创新，对加热制冷喷头、三维运动机构、步进伺服电机、激光束电子束发生器、送料装置等一系列打印设备组件进行技术升级，以提高3D打印设备的市场竞争力，提高3D打印产品的力学性能、表面质量，减少预处理、后处理工序，节约成本提高生产效能。例如，选择性激光烧结（SLS）技术针对不同材料提升激光束质量、设定相应聚焦点尺寸和激光强度，熔融挤出成型（FDM）技术研究喷头加热温度对ABS塑料熔丝尺寸和成型性能的影响，设备中三维运动机构提高精度的改进，步进、伺服电机的响应速度和精度的提升，均是在打印材料的需求影响下进行的技术提升和创新，打印材料的需求可在相当大程度上影响3D打印技术的发展趋势。
打印材料在3D打印产业内占有重要市场份额
3D打印产业包含打印设备、打印材料和打印服务三大类。据统计，2013年全球3D打印产业中，打印设备产值和打印材料产值比重相当，分别为38.6%和37.2%，均超过总产值40.1亿美元的三分之一，打印服务产值占比略小，为24.2%。打印材料业务可较大程度影响3D打印企业的生存发展，如全球3D打印龙头3DSystem公司由于其打印耗材需求量大增，导致其在2012年底收购了多家材料生产企业，材料业务的增长最终使其在2013年全年实现45%的营收增速，在全球3D打印泡沫开始破裂时逆势增长。由于目前应用于3D打印的材料种类较少，大量材料的应用潜能还未开发出来，随着技术的提升将开发更多类型材料投入应用，打印材料在全行业总产值所占比重将进一步提升，打印材料可能成为整个3D打印产业产值最高的一环。
当前3D打印材料在应用领域面临的突出问题
性能或效率不符合要求，无法满足工业生产需要
总体来说，3D打印材料成型出的产品普遍具有强度刚度低、表面质量差且具有台阶型纹路、生产效率低等共同缺点，在采用不同工艺技术路线时还暴露出了其他特定加工成型的劣势。3D打印技术必须和其他技术进行复合才有可发展的市场空间。相比于传统的铸造、车铣、锻压、焊接等金属机加工生产方式和模具浇灌等非金属材料生产方式，3D打印技术成型耗时长而效率低。仅在生产复杂结构零部件或设计原型时，3D打印技术凸显出一定的加工优势，但其产品的性能在多数情况下还不能满足使用要求。
金属是3D打印最为广阔的潜在市场。但在金属材料打印时，仅支持十多种金属进行加工，如特定几种铝硅合金、钛合金、镍合金和不锈钢，且需要预先制成专用的金属粉末；打印出的金属制品致密度低，最高能达到铸造件致密度的98%，远低于锻造件的力学性能；打印制品表面质量差，精度2～10μm，需要打磨抛光机加工等后处理；3D打印具有复杂曲面的零部件时，支撑材料难以去除。目前金属打印产品极少能作为零部件直接组装应用。
无机材料打印主要用于生产陶瓷结构，适用材料范围极窄，如陶瓷粉、粘土和粘合剂等，且打印完成后需要再进行后处理和高温烧结，与其他3D打印制品类似，打印出的结构表面精度差、力学性能差。最大劣势在于其生产效率远低于其他生产方式。
近年来生物组织打印被媒体热炒，众多高校和科研机构参与其中。但仅支持明胶、胶原与合成高分子混合物等几种材料；打印出的结构生物相容性较差，孔隙率小且孔洞分布不均匀，细胞附着生长繁殖率低。目前在全球范围内的生物打印仅对组织器官进行结构模仿，并未出现拥有特定理化功能的生物打印成功案例。
少数技术成熟的打印材料应用市场狭小
在众多3D打印技术中，熔融挤出成型（FDM）和光固化成型（SLA）研究较为深入，技术较为成熟。FDM技术采用ABS塑料、聚乳酸、尼龙等热熔性材料进行零部件成型，能实现较好的成型精度和表面质量，精度在0.08mm以内；SLA技术采用光敏树脂进行成型工作，成型精度和表面质量比FDM更加优异，精度在0.05mm以内。但上述两项技术所用材料仅能应用于工艺品、展示模型、设计原型制作等领域，应用范围较为狭窄，其在零件装配可行性方面的市场份额也被功能更为强大的绘图软件所取代。
新材料概念多于实用技术，媒体炒作屏蔽应用劣势
各3D打印企业出于宣传公关、公布利好等目的，定期会将几种新材料推向市场，尤其是行业内龙头企业，其产品名录包含几十乃至上百种类的材料。但经仔细研究发现，绝大多数材料是已经量产材料的类似物，仅在同种类别内进行相应研发，并无实质上的创新材料推出。企业定期向市场宣称有新材料应用时，炒作新材料概念赢取股价上涨的公关意义大于推出有效创新提升技术水平的研发意义。
近年来全球及国内媒体疯狂炒作3D打印概念，诸如打印汽车、枪支、食品、器官等新闻不断见诸报端，赋予3D打印“第三次工业革命”的意义，误导民众认为3D打印是制造一切产品的解决方案，而对其打印材料的局限性、打印成本等问题则避而不谈。例如，3D打印金属手枪并试射子弹的报道，着重强调其创新应用，而隐瞒了金属材料无法达到要求，在试射几发子弹之后枪管爆裂的事实；3D打印人造器官的报道，并未深究其试验产品不具备任何生物理化性能，天然高分子材料中的细胞无法建立联系形成组织，细胞无法成活的现状，所谓产品仅是形状类似的表面功夫；3D打印汽车的报道，并未和传统方式制造的汽车进行性能对比，未做碰撞测试确定材料强度性能，且汽车动力总成、悬挂、底盘、转向等均为传统方式制造，仅有外壳和面板由3D打印生产，最重要的是相比于传统制造方式，3D打印效率低下、成本高昂则未被提及。3D打印技术的媒体炒作严重干扰了各级政府规划和招商的判断能力，其被沦为部分国内企业从地方政府圈钱的财富工具。3D打印的市值被严重高估，事实情况是目前全球3D打印产值总额不到富士康某个新建工厂的年产值。
逐步解决我国3D打印材料问题的对策建议
加强顶层设计与发展指导
首先应坚持并增大3D打印产业，尤其是3D打印材料产业的政策扶植力度，定期出台文件指导3D打印产业在不同时期内有侧重点的发展，将面向工业生产及航空航天的金属打印材料研发作为产业提升和促进的主要方向。梳理亟待解决的金属3D打印关键技术，列入国家和地方科技发展计划，加大研发扶植力度。其次，集中优势力量开展提升3D打印材料力学性能、致密性和成型精度的专题研究，持续举办发展论坛并适当予以引导和支持。再次，将3D打印阶段性成果以及创新技术成果实时向汽车、船舶、机加工、航空航天等大规模制造型企业进行示范推广，寻找产业结合点，创造市场需求，并支持产业内上下游企业间的合作，建立3D打印产业与制造业之间面向市场需求的沟通研发长效机制，发掘新型的产业交叉盈利模式。最后，联合高校等科研机构，建立3D打印企业，尤其是3D打印材料生产企业的金属材料创新研发平台，予以一定资金和政策支持，引导企业和高校联合集中优势研发力量攻克3D打印材料技术瓶颈。
加强定向高技术人才培养
建立高校培养、企业实践、面向研发需求应用的链条式人才培养机制，对有利于解决金属3D打印形成大规模工业化生产需求的人才进行重点培养。首先，加大高校和其他科研机构在金属材料打印工艺、力学性能、合金新材料开发、精度提升等科目的资金投入，设立重大科研成果奖励机制，鼓励社会和企业资金对高校优秀人才进行奖励资助。其次，加强3D打印产业相关技术的知识产权保护力度，强化知识产权成果转化，针对我国国情开展知识产权防护和风险分析以及战略保护等内容的系统培训。企业内部应加大知识产权保护培训力度，建立完善的内部提拔合格人才的选拔机制。再次，对本领域国际专家进行试点引进，吸引海外华人学者回国发展、创业、投资。最后，针对打印材料领域内培养或引进的高端人才，为其提供生活便利。通过降低企业社保负担、增加工资补贴、便利子女入学等方式，增强企业对专业相关人才的吸引力。
创立需求、应用、研发互动信息平台
在3D打印企业、高校科研机构、潜在市场应用企业和相关政府部门之间搭建以3D打印供需为主导的、解决研发技术问题为目的的全面信息平台。在3D打印企业和大规模生产性企业之间互通有无、明确需求、开发潜在应用之后，3D打印企业可将生产技术难题及时与高校等科研机构沟通合作，面向需求解决问题；同时高校可提出前瞻性潜在应用，联络3D打印企业和潜在市场需求企业进行联合应用开发；借助此平台还可及时向各方提供政府在3D打印及相关产业的建设思路和扶植力度，在政府政策引导下找对方向快速发展。
鼓励企业上延下拓集群发展
以新兴信息技术主导的新一轮科技革命正在全世界范围内进行，在这场科技革命中，最引人往目的是以3D打印、协同制造，智能制造等为核心的数字化制造技术引发的制造业的革命。“第三次工业革命即将到来”，它将是信息技术与制造业的深度融合、以制造业教字化为核心的新—轮产业变革，将带动整个制造业的升级换代，并对人类经济括动和社会生活产生根本性影响。美国，德国，英国、日本等世界主要发达国家纷纷实施以重振制造业为核心的“再工业化”“重新夺回制造业”重振经济”的国家战略，对我国而言，这既是极其重要的战略机遇，也是极其严峻的新挑战，如何认识及如何应对将对我国制造业乃至国家的发展产生深远影响。
3D打印制造（增材制造）技术是现代信息技术和制造技术融合的产物，丰富和发展了制造技术的内涵和产业形态，是现代先进制造技术的重要发展方向之一。3D打印制造技术将从产品设计、制造工艺过程、生产装备、材料制备、相关工业标准、制造企业形态等多个方面，为制造业带来新的发展。
一、3D打印制造技术对我国制造业发展的影响分析
党的十八提出，2D20年全面建成小康社会、工业化基本实现的重大战略部署。从现在到202睥，也是我国进入制造强国行列、基本实现工业化的关键时期。对于我国当前经济社会发展现状来看，积极有序地发展3D打印制造技术对提高我国制造业总体水平、提升我国制造业创新能力、促进传统产业转型升级以及加速推动从制造大国向制造强国转变，都具有特别的战略意义。
首先，发展3D打印制造技术是提升我国制造业总体水平的突破口。基于以增材制造为特征的3D打印制造与工艺技术，能够突破零部件的结构几何约束，制造出传统方法无法加工的非常规结构特征，这种工艺能力对于实现零部件轻量化，优化性能有极其重要的意义。同时，3D打印制造技术通过与传统制造工艺（如铸造、金属冷喷涂、硅胶模、机加等工艺）相结合，能够极大提升工艺制造能力。此外，由于3D打印制造所需的模具、工装、刀具等工艺资源较少，能够显著降低工艺准备周期及制造成本。
其次，发展3D打印制造技术是提升我国制造业产品创新能力，实现从“中国制造’走向“中国创造”的重要途径。设计人员不再受传统工艺和制造资源约束，专注于产品形态创意和功能创新，在‘设计即生产” “设计即产品。理念下，追求‘创造无极限’，同时，在制造环节，由于简化了工艺准备、试验等环节，使得基于产品三纬模型的设计、制造、分析高度一体化技术能够得到广泛应用，显著缩短了新产品开发、定型周期。此外，设计人员在设计过程中，可以设计出空心／多孔结构，异质材料功能梯度结构，并配合合金／复合材料等高性能材料的使用，可以实现产品结构轻量化和高性能，提升产品质量。
再次，发展3D打印制造技术能够变革传统制造模式，促进制造与服务融合发展，对我国制造业发展方式的转变和产业结构的升级提供新的思路。3D打印制造技术能够极大降低定制化成本，促使我国制造业从粗放的大规模生产方式，向向“按需定制” “因人定制。的个性化定制方式发展，激发个性化制造市场活力。同时．3D打印制造技术便于设计、工艺知识传递，为“社会化制造” “泛在制造”提供了技术基础，能够均衡、有效地利用社会化制造资源。此外，3D打印制造技术的发展还将催生和培育新型专业化创新服务模式，如众包创意设计、专业产品设计，委托加工，数据服务等制造服务业，促进产业向价值链高端的两头拓展，实现制造业与服务业融合发展。也将进一步推动众包创意设计，个性化定制，专业化服务和绿色制造等新兴制造模式，促进产业升级和结构优化。
二、我国3D打印制造技术发展情况
我国对3D打印制造技术的研究，已经有了长达20多年的探索和积累。在科技部、国防科工局、教育部、发改委、总装等部委以及一些地方政府的支持和重大工程需求的拉动下，我国3D打印制造技术尤其是工艺装备得到了长足的发展。我国3D打印制造技术水平与发达国家差距不大，一些技术领域已经达到国际领先水平，形成了体系结构基本完整的3D打印制造技术研发与服务体系，研制了一批先进的工艺装备，并得到了初步应用。
在3D打印制造基础技术方面，华中科技大学、北京航空航天大学，西北工业大学和北京航空625所相继开展了熔融沉积制造，电子束融合技术、选择性激光烧结等技术研究。这些研究成果在航空发动机叶片制造、飞机承力件制造、汽车车型开发、个性化骨科植入、颌骨重建和义齿加工等方面得到了应用。
在3D打印制造装备研制方面，我国已成功研制了一批先进光固化、激光选区烧结、激光选区熔化，激光近成形、熔融沉积、电子束制造等工艺装备。
在3D打印制造产业化发展方面，我国已经涌现出30多家3D打印制造技术设备制造与服务企业。并在上海，深圳、宁波等地相继出现了一批3D打印制造技术服务中心与公共服务平台，辅助当地企业的新产品快速开发，为个陛化的家电、数码等产品的快速研发与更新换代提供了技术支撑。
三、我国3D打印制造技术面临的瓶颈问题
虽然我国在3D打印制造技术研发和产业发展方面取得了长足进步或者局部领先，但总体上仍面临巨大挑战。一是在材料成形机理、关键技术，装备开发，工业标准等方面还面临大量基础理论和关键技术尚未突破，未能形成原创技术源泉。材料特性研究及材料体系构建、材料制备装备、成形过程与性能控制、缺陷检测与控制、先进工艺装备研发等方面还需要进一步开展研究。3D打印制造装备所需的大功率激光器、工业喷头和高精度控制器等核心零部件目前还没有突破。二是我国尚未形成3D打印制造公共技术平台，创新资源集中度低。当前，科研机构各自为战，合作研究的动力不足，缺乏对技术兼容性研究和相关标准的制定，开放式的集成创新体系尚未形成。三是我国3D打印制造产业化尚处于萌芽阶段，金融资本参与度不高，产业缺乏资金支持。在我国，直接从事3D打印业务的企业多属于典型的中小企业，产值普遍处于千万量级以下，多数企业处于生存边缘，盈利艰难。从全产业链的角度来看，尚未形成精细化分工，总体呈现产业发展初期的“作坊式”生产模式，劣质产品多，知识产权意识弱，缺乏产品标准和客观权威的评测。四是工程化应用技术研究不够，尚未形成具有广泛工程意义的完备技术体系，工程领域和产业界对3D打印制造技术需求不够迫切，技术发展缺乏市场的强大牵引。
四、3D打印制造技术发展与应用趋势
国外3D打印制造技术发展与应用趋势，主要可分为五大方面：
一是从快遵原型、工艺辅助等间接制造向零部件直接制造转变。2012年奥巴马政府重振美国制造业实施的“国家制造创新网络计划”首项内容就是组建“国家增材制造创新中心”，重点研究用3D打印制造技术直接生产最终零件备的发展，3D打印制造已从快速原型和工艺辅助等间接制造向金属，陶瓷、复合材料等零部件直接制造转变，
二是多学科交又融合发展，应用领域不断扩大。3D打印制造技术不仅与装备制造进行深度交叉融合，与生物医疗、电子制造等学科交叉发展趋势明显，并逐步应用到航空航天、汽车、模具、生物制造、电子、个人消费品等行业。
三是装备向产品化、系列化和专业化方向发展，增材制造技术的核心之一是成形装备。欧美及日本在该领域处于世界领先水平，并已形成了众多专业化和规模化增材制造装备生产企业。据《Wohlers Repmt2010》统计，2009年世界范围内生产和销售增材制造装备的知名企业达35家，欧美占29家之多·
四是形成了相对完整的集装备、材料、软件，服务于一体的产业链，并形成了一定的产业规模和市场销售。欧美国家现已形成了包含材料制备，相关软件，工艺、装备、管理，创意服务和应用等相对完整的产业链，消费产品/电子产品是最主要的应用行业，汽车其次，医疗／牙科行业已经确定了其重要地位，处于第三位，其他如工业、航空航天、学术机构，政府／军队、建筑等也获得相应应用。
五是3口打印制造装备从高端型走向普及型。3D打印产品从航空航天、汽车、模具等高端领域延伸到与人们生活息息相关的日用品（如首饰、衣服、自行车等）。3D打印装备产品价格和技术门槛越来越低，3D打印产品逐渐由科研和工业等高端领域走向办公、个人消费等大众化领域。
五，我国3D打印制造技术产业化发展建议
我国3D打印制造技术产业化发展距国外发达国家差距咀显，在持续加大对基础理论研究、关键共性技术攻关、新型装备及特色工艺研发的同时，要进一步完善3D打印制造技术产业链（从产品设计、原材料、关键元器件、装备，应用、服务等环节）的发展，以重点产业应用示范为主线以提升3D打印制造的科技创新能力为核心，前瞻布局、突出重点、整合资源，积极右序地推动3D打印制造技术发展，突破3D打印制造技术产业瓶颈，建立完备的技术创新、产业化与服务支撑体系，掌握产业发展主动权。
第一，行业示范带动，分类引导产业发展，探索新的产业化模式。在以技术密集特征的高端应用领域（航空航天，生物制造等）建设相对集中的高科技创新应用中心，集中发展具有特定应用对象的3D打印制飯术，形成一系列高端应用产业；在以应用密集特征的工业原型制造领域(如产品椭模具等)依托3D打印制造技术联盟，或依托政府建立3D打印制造技术服务中心，形成产品设计、原材料、关键元器件、装备、工业应用服务等完整产业链条，与传统制造业向融合进行系统创新发展：在具有大众普及特征的个性化消费、创意产业领域（动漫、礼品、日常消费品等）依托互联网、云服务技术，建立3D打印制造云服务平台，实现集创意，设计，制造、销售为一体的公共创新体系，支撑产品的创新应用、产业的可持续创新发展。
第二，加强人才队伍建设，注重多层次人才培养。加强创新团队建设，培养造就一批支撑创新发展的高素质人才队伍。建立和完善人才激励机制，面向高层次创新科技人才，努力造就一批世界水平的科技领军人才，工程师和高水平创新团队，同时培养一批产品设计相关的应用创新型人才和技术操作型人才，促进3D打印制造技术产业的持续发展。
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