重慶大學3d打印技術及其應用和發(fā)展的研究

1、0 引言 最近幾年，無論國內還是國外都在謀求技術創(chuàng)新和經(jīng)濟戰(zhàn)略的調整。在此背景下，3D打印越來越成為一個令人矚目的科技領域，并得到快速開展。3D 打印技術被認為是20 年來世界制造技術領域的一次重大突破，它是產(chǎn)品快速開發(fā)和柔性制造技術的結合，其工藝過程簡單、快速等特點，不僅符合客戶對快速制造的要求，還能夠滿足社會日益變化的需求1。3D打印技術擁有良好的開展前景和應用價值，它可以用于醫(yī)療行業(yè)、航空行業(yè)、快速原型、建筑設計、食品行業(yè)等，前景廣闊且經(jīng)濟潛力巨大。圖0.1 世界各國3D打印產(chǎn)值占世界總產(chǎn)值的比例Fig.0.1 3D Printing output value accounted for

2、 the proportion of world output 1 3D打印概述目前流行的3D打印技術又稱作疊加成型技術或快速原型技術2。它源于“快速成型技術(Rapid prototyping,簡稱RP)，根本原理都是疊層制造。RP技術是當今世界飛速開展的制造技術之一，誕生于20世紀80年代后期，是基于材料堆砌法的一種高新制造技術，被認為是近20年來制造領域的一項重大成果。3D打印技術集機誡工程、CAD制圖、逆向工程技術、分層制造技術、數(shù)控技術于一身，可自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等提供一種高效益、低本錢的實現(xiàn)

3、手段。1.1 3D打印根本概念與傳統(tǒng)的減法制造工序(通過對整塊材料進行“裁剪獲取想要的形狀)相反，3D打印技術是一種增材制造技術(Additive Manufacturing )，即通過疊加式制造工序，根據(jù)計算機數(shù)據(jù)，利用金屬、塑料或其它材料逐層自動打印物品，因此也稱作疊加成型技術或快速原型技術3。3D打印機是應用3D打印技術來構造物品的設備。3D打印機具有仿真性強、速度快，價格廉價，高易用性等優(yōu)點。圖1.1 利用3D打印制造的工藝產(chǎn)品Fig.1.1 Craft products made by 3D Printing manufacture1.2 3D打印根本原理 首先在電腦上設計一個完整的

4、三維立體模型(也稱為計算機輔助性設計)，然后把膠體或粉末等打印材料裝入打印機，再將打印機與電腦相連接，通過打印設備軟件讀取設計繪圖數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至3D打印機，從而控制印刷頭的移動與材料輸出。在3D打印機工作時，塑性模型材料細絲與可溶性支撐材料將被加熱至半液體狀態(tài)，然后通過印刷頭輸出.精確地沉積成極其細微的分層，把打印材料和三維立體模型一層層疊加，最終把計算機上的藍圖變成實物4。印刷頭只沿水平方向或垂直方向移動，模型與支撐材料將自下而上地構造。在構造模型時，有了支撐材料的承托，模型的懸掛局部能夠順利完成材料沉積。打印工作完成后，支撐材料將會自行溶解，還可以按照需要為模型圖上顏色或者進行其他處

5、理。1.3 3D打印的特點 任何科學技術在開展階段，自身都會有優(yōu)點和缺點，在保持優(yōu)點、跟新優(yōu)點的同時，我們正確的認識到缺點，并對缺點加以改進。 1.3.1 3D打印所具有的優(yōu)點 1制造快速 3D打印技術是并行工程中進行復雜原型或者零件制造的有效手段，能使產(chǎn)品設計和模具生產(chǎn)同步進行，從而提高企業(yè)研發(fā)效率，縮短產(chǎn)品設計周期，極大降低了新品開發(fā)的本錢及風險，對于外形尺寸較小特異形的產(chǎn)品尤其適用5。 2CAD/CAM技術的集成 快速成型技術集成CAD/CAM激光技術、數(shù)控技術、化工材料工程等多項技術,使得設計制造一體化的概念完美實現(xiàn)。 3完全再現(xiàn)三維效果 經(jīng)過快速成型制造完成的零部件,完全真實的再現(xiàn)三

6、維造型,無論外外表的異形曲面,還是內腔的異形孔都可以真實準確的完成造型,不再需要再借助外部設備進行修復。 4材料種類繁多 到目前為止，各類3D打印機設備上所使用的材料種類有很多樹脂，尼龍，塑料，石蠟紙以及金屬或陶瓷的粉末，能滿足絕大多數(shù)產(chǎn)品對材料的機械性能需求。 5創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益 與傳統(tǒng)機械加工方式比較，開發(fā)本錢上節(jié)約10倍以上，同樣快速成型技術縮短了企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)周期，使的在新品開發(fā)過程中出現(xiàn)反復修改設計方案的問題大大減少，也消除了修改模具的問題，創(chuàng)造的經(jīng)濟效益十清楚顯。 6應用行業(yè)領域廣 3D打印技術經(jīng)過這些年來的開展，在技術上已形成了一套體系，同樣可應用的行業(yè)也逐漸擴大，從產(chǎn)品設計到

7、模具設計與制造材料工程醫(yī)學研究文化藝術建筑工程等等都逐漸的使用3D打印技術，使得3D打印技術有著廣闊的前景6。 7節(jié)省原材料和人工 由于采用“添加制造技術，它的用料只有原來的1/3到1/2，打印速度卻快4倍。同時因省去生產(chǎn)線和一局部組裝過程，可降低人工本錢。 8是可以制作形態(tài)各異的物品 理論上，只要計算機可以設計出的造型，3D打印機都可以打印出來。表格1.1 傳統(tǒng)制造方式和3D打印技術的比照 The contrast of traditional manufacturing mode and 3 d printing 1.3.2 3D打印的缺點 13D打印技術具有局限性，具體主要表達在材料上，

8、目前打印材料主要只有塑料、樹脂和金屬，骨骼等有機原料。 23D 打印對于生產(chǎn)結構復雜、材料昂貴、傳統(tǒng)工藝實現(xiàn)難度大的產(chǎn)品，有著本錢低、流程簡單、重復性好、實現(xiàn)周期短的優(yōu)勢。但是其本身也有一些局限性，如目前的金屬 3D 打印構件都不能直接形成符合要求的零件外表，必須經(jīng)過外表機械加工才能作為最終使用的零件，由于復雜管路和腔體的內外表形成后難以再進行機械加工，因此管路流動效率等方面不一定能滿足實際需要。 3此外，對于一些有特殊機械性能要求如彈簧、緊固件或外表光潔度要求較高的產(chǎn)品，3D 打印產(chǎn)品的質量和可靠性還有待改善和驗證。 4今后除需要繼續(xù)突破材料種類和性能的限制、完善 3D 打印技術和裝備能力外

9、，還需要加強相關標準與標準的研究制訂7。 5現(xiàn)在仍然缺乏武器裝備零部件采用 3D 打印技術生產(chǎn)的種類和技術可行性，應深入開展相應的工藝條件研究與產(chǎn)品可靠性、環(huán)境適應性驗證，積累豐富的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，讓 3D 打印技術為武器裝備的研制生產(chǎn)帶來更大的效益。1.4 3D打印技術所包括主流技術 RP技術以其高集成、高柔性、高速性而得到了迅速開展。目前支持3D打印的主流相關技術有8： 13D打印成型技術使用標準噴墨打印技術，將液態(tài)連接體鋪在粉末薄層上，逐層創(chuàng)立各部件。此技術在打印成型過程中不需要使用實體或附加支持，并且所有未使用的材料都可再利用，所開發(fā)的3D打印成型機具有處理速度快、本錢低廉以及應用范圍廣的

10、特點。圖1.3 3D打印機 Fig.1.3 A kind of 3D printer 2光固化成型法以液態(tài)光敏樹脂為材料充滿液槽，由計算機控制激光束跟蹤層狀界面軌跡，使液體樹脂固化，層層疊加，最終得到一個三維實體模型。特點是原型件精度高，零件強度和硬度好，可制造出形狀特別復雜的空心零件，生產(chǎn)的模型柔性化好，可隨意拆裝，是間接制模的理想方法。缺點是需要支撐，樹脂收縮會導致精度下降，另外光固化樹脂有一定的毒性，不符合綠色制造開展趨勢。圖1.4 光固化成型法Fig.1.4 Stereo lithography Apparatus3分層實體制造法或稱為疊層實體制造，是根據(jù)零件分層集合信息切割箔材和紙等

11、，將所獲得的層片粘接成三維實體。特點是工作可靠、模型支撐性好、本錢低、效率高，缺點是前、后期處理費時費力，且不能制造中空結構件。圖1.5 分層實體制造法Fig.1.5 Laminated Object Manufacturing4選擇性激光燒結法常采用金屬、陶瓷,AS塑料凳材料的粉末作為成型材料。特點是材料適用面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、金屬、蠟等材料的零件，造型精度高，原型強度高，所以可用樣件進行功能試驗或進行裝配模擬。 圖1.6 選擇性激光燒結法Fig.1.6 Selective Laser Sintering 5助熔融沉積制造法 又稱為熔絲沉積制造，是以熱塑性成型材料絲為材料

12、，逐層由底到頂?shù)囟逊e成一個實體模型或零件。特點是使用、維護簡單，本錢較低，速度快，一般復雜程度原型僅需要幾個小時即可成型，且無污染。 以上是一些目前市場上主流的3D打印技術，除上述技術外，一些大的3D打印公司在它們的根底上也研發(fā)了其他3D打印技術。2 3D打印技術的開展概述2.1 開展歷史 19世紀末美國有人研究出了地貌成形技術，形成了利用“層疊成形的方法去制作地形圖的設想，這是3D打印技術設想的來源之一9。真正的3D打印技術，學界一般認為開端于20世紀80年代的美國和日本。1977年，美國的Swainson提出了可以通過激光選擇性照射光敏聚合物的方法來直接制造立體模型產(chǎn)品。1979年，日本的

13、中川威雄利用“層疊成形的薄膜技術方法加工出實用的工具模具。1981年，美國的Hideo Kodama首次提出了一套功能感光聚合物快速成形系統(tǒng)的設計方案10。 1986年，3D Systems公司成立，開發(fā)出里程碑式的STL文件，并于1988年成功研制出世界首臺商用3D打印機SLA-250。Scottcrump也于1988年創(chuàng)造了另一種3D打印技術FDM，并創(chuàng)立了Stratasys公司，于1992年研制出第一臺FDM技術的3D打印機11。2.2 3D打印技術在興旺國家的開展現(xiàn)狀目前在歐美興旺國家，3D打印技術已經(jīng)初步形成了成功的商用模式。如在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領域，3D打印技術可以

14、以較低的本錢、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復雜而精細的造型12。另外，3D打印技術獲得應用的領域是個性化消費品產(chǎn)業(yè)。如紐約一家創(chuàng)意消費品公司Quirky通過在線征集用戶的設計方案，以3D打印技術制成實物產(chǎn)品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入到達100萬美元13。2.3 3D打印技術在國內的開展現(xiàn)狀 我國3D打印技術的開展已有20多年，與世界上其他興旺國家相比，晚10余年的開展時間14?，F(xiàn)階段我國的3D打印技術與其他興旺國家的3D打印技術水平還有差距。 雖然我國的3D打印技術已經(jīng)能與興旺國家的3D打印技術同步，但是制造產(chǎn)業(yè)仍處于開始階段，與興旺國家存在的差距，主要是還

15、沒有建立一套較為完整的開展產(chǎn)業(yè)體系，核心技術也需要加大開發(fā)力度，政府也需要加大資金、政策的扶持力度。 為了使3D打印技術能夠得到更好的開發(fā)利用，我國政府研究后已經(jīng)推出一系列政策，推進我國增材制造產(chǎn)業(yè)的開展，要求將增材制造產(chǎn)業(yè)作為我國產(chǎn)業(yè)結構升級的重要任務。在?中國制造2025?規(guī)劃綱要中，對3D打印有了明確要求，由此我們可以看出政府對3D打印技術應用以及開展的重視15。2.4 3D打印技術自身還存在的缺陷 1精度和價格 現(xiàn)在3D打印技術的精度約為0.1mm， 而且3D打印機本身的售價偏高，不過隨著技術的進步和本錢的降低，一臺普通3D打印機的本錢有望比激光打印機還要低。 2生物3D打印機面臨的挑

16、戰(zhàn) 其中之一是其打印出的器官如何與身體其他器官尤其是大的組織更好地結合，因為任何打印出來的器官或身體組織都需要同身體的血管相連，而這可能非常難于實現(xiàn) ，一旦克服了這個技術障礙，在未來幾十年內生物打印技術將成為一項標準技術。 3打印材料面臨的挑戰(zhàn) 要實現(xiàn)3D打印技術的大規(guī)模使用還有不少挑戰(zhàn)， 首先是打印材料，它根據(jù)打印商品的不同，需要各種特殊種類的金屬塑料以及陶瓷等本錢比較高。 43D 打印機缺乏標準 同一個 3D模型給不同的打印機打印，所得到的結果是大不相同的。此外，打印原材料也缺乏標準，目前 3D 打印機廠商都想讓消費者買自己提供的打印原料，這樣他們能獲取穩(wěn)定的收入。這樣做雖然可以理解，畢竟

17、普通打印機也走這一模式，但 3D 打印機生產(chǎn)商所用的原料一致性太差，從形式到內容千差萬別，這讓材料生產(chǎn)商很難進入，研發(fā)本錢和供貨風險都很大，難以形成產(chǎn)業(yè)鏈。外表上是 3D 打印機捆綁了 3D 打印材料，事實上卻是材料捆綁了打印機，非常不利于降低本錢和抵抗風險16。2.5 3D打印技術未來的開展趨勢 隨著智能制造的進一步開展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的開展將表達出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。 未來3D打印技術的開展大致有以下方向： 1提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、

18、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的外表質量、力學和物理性能，以實現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造。 2開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料及復合材料等，特別是金屬材料直接成型技術有可能成為今后研究與應用的又一個熱點。 33D打印機的體積小型化、桌面化，本錢更低廉，操作更簡便，更加適應分布化生產(chǎn)、設計與制造一體化的需求以及家庭日常應用的需求。 4軟件集成化，實現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設計軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對接，實現(xiàn)設計者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠程在線制造。 5拓展3D打印技術在生物醫(yī)學、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領域的創(chuàng)造性應用。 3 3D打印的在各

19、個領域的應用 目前，雖然對于產(chǎn)品開發(fā)和制造來說，3D打印技術能夠帶來無限的可能性，但是大局部的技術應用主要分成概念模型、功能原型、工具制造、制成品四類。隨著技術的開展，3D打印的應用領域在不斷擴展。 1醫(yī)學領域 目前研發(fā)出的新型材料非常適合3D打印植人手術導板和口腔輸送盤?？茖W家利用3D打印技術成功地研制了人造血管，用3D打印骨骼、器官模型的技術已經(jīng)很成熟。 2工業(yè)領域 現(xiàn)代工業(yè)中，很多產(chǎn)品如 、汽車、飛機等在新產(chǎn)品推出之前要做很多模型和零部件?；?D打印技術的快速成型，可以大大減少前期研發(fā)的時間，被越來越多的工業(yè)領域所應用。 3個性化領域隨著3D技術的開展,3D打印可以打印各種各樣的日常小

20、模型，設備的體積卻可以很小。 4航空航天領域 美國宇航局完成了“添加制造儀器的測試，該儀器就是利用3D打印技術在太空打印宇航員所需要的模型。這是NASA對太空按需生產(chǎn)能力的投資，使得3D打印機可以廣泛運用于建造空間站部件，制造航天員使用的工具、衛(wèi)星甚至航天器等。未來在太空利用正在制造的打印機可以打印出太空所需三分之一的零部件。 5助軍事領域 3D打印技術應用到軍事領域，一方面可在軍事裝備開發(fā)階段獲取設計的即時反應信息，有助于降低本錢和提高戰(zhàn)技性能；另一方面還可以幫助使用維修人員利用三維模型和3D打印設備，現(xiàn)場快速生產(chǎn)原型產(chǎn)品(包括工具、零配件等)，解決平時維修和戰(zhàn)時搶修中可能出現(xiàn)備件攜帶缺乏、

21、備件不易購置、再造周期較長、特殊備件本錢太高等問題，提高維修效率，減輕后勤保障壓力，增強部隊的任務持續(xù)能力17。 6文物保護 博物館里常常會用很多復雜的替代品來保護原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時復制品也能將藝術或文物的影響更多更遠的人。最近史密森尼博物館就因為原始的托馬斯杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。7建筑設計 在建筑業(yè)里，工程師和設計師們已經(jīng)接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、本錢低、環(huán)保，同時制作精美。完全符合設計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。 8產(chǎn)品原型 比方微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設計出來之后，通過3

22、D打印機打印出來模型，能夠讓設計制造部門更好的改進產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。 制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因為3D打印無論是在本錢、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術能帶來很多好處，甚至會優(yōu)化質量控制的問題。 9食品產(chǎn)業(yè) 目前3D打印的視頻已經(jīng)進入市場，隨著3D打印技術的全面推廣和開展，生產(chǎn)效率將會大幅度提升，食品不僅會變得健康,而且物美價廉。 比方3D打印做成的鮮肉特別有彈性，而且烹飪后肉質松散有嚼頭，絲毫不遜于真正的肉。美國已成立了“鮮肉3D打印技術公司，希望能夠為群眾提供平安放心的豬肉產(chǎn)品；德國最近推出了一種3D打印食品，以

23、解決老人的進食困難問題，為進食困難的老年人帶來福音。這種食物很容易咀嚼和吞咽，很可能成為老人護理行業(yè)的革新者；國內利用3D打印技術做出色彩繽紛的個性化餅干，受到市場的歡送。圖3.1 3D打印技術在各行業(yè)的應用比例Fig.3.1 Application of 3 d printing technology in industries4 3D打印技術帶來的爭議和思考4.1 3D打印技術涉及的道德和法律問題 1涉及知識產(chǎn)權問題 3D 打印是快速制造，不需要模具，直接樣品原型制造和傳統(tǒng)的大工廠制造模式相比，從圖紙到實物之間跨過了很多步驟，任何形狀復雜的東西，都可以被分解為一系列二維制造的疊加，3D 打

24、印技術有著其他打印技術不可比較的優(yōu)勢，3D 打印技術是一門新興的技術，法律對其知識產(chǎn)權問題尚未作出明確界定，但其涉及的知識產(chǎn)權問題將更為突出，而且要比單純的抄襲專利或版權嚴重得多18。 2 危害社會平安問題 從理論上來說 3D 打印無所不能，在現(xiàn)實中，已經(jīng)有人用 3D 打印機打印出可以射出子彈的“AK47突擊步槍，這項技術是由 25 歲的德州大學學生科迪威爾森(Cody Wilson)所創(chuàng)造的，他的團隊設計了各種型號槍支的設計圖，并且能在網(wǎng)上直接下載，這樣一來就可以直接用 3D 打印機打印出槍支，并且槍支裝上子彈就能夠使用，在不久的將來，人類可以實現(xiàn)一個在桌面上就可以打印的武器基地，只要電腦和

25、 3D 打印機的存在，無論孩童還是成年人都可以隨時制造武器，槍支泛濫會使社會平安問題成為一個重大問題。 3 社會經(jīng)濟犯罪問題 3D 打印技術在理論上可以打印人類所需要的任何東西，人類的想象力有多大，3D 打印的用途就有多廣，如果犯罪分子用 3D 打印景區(qū)門票，電影票，甚至人民幣紙幣，那么對社會經(jīng)濟的開展會產(chǎn)生巨大影響，經(jīng)濟犯罪將成為上升趨勢，容易被防造，但沒有相對的法律、法規(guī)對此行為作出裁定。 4稅務問題 過去稅務局海關對交易征稅都是基于商品的價值。如果將來貨物的制造模式都是通過購置3D打印機和耗材，從網(wǎng)上下載設計文件，自行打印出所需的物品，那么傳統(tǒng)的征稅模式將難以為繼 ，未來的稅基將很可能從

26、增值稅消費稅轉向個人所得稅和營業(yè)稅。 5法律法規(guī)未能即使跟進問題 包括知識產(chǎn)權、公共平安、經(jīng)濟犯罪等方面面臨新的挑戰(zhàn)。隨著 3D 打印熱潮的逐漸興起，我國的 3D 打印產(chǎn)業(yè)也開始逐步開展，目前，在相關有利的條件的影響下，國內風投業(yè)開始介入3D 打印產(chǎn)業(yè)。任何科學技術的開展都具有兩面性，3D 打印技術也不例外，除了它所具有的技術優(yōu)勢，3D 打印技術也帶來了諸多的社會問題。 63D打印技術的出現(xiàn)會導致某些傳統(tǒng)行業(yè)的萎縮或消失 例如，三維打印技術給物流公司帶來的威脅是顯而易見的，當客戶能夠在需求產(chǎn)品的地方打印出急需的零部件時，將不會運用航空急運的方式緩解燃眉之急。而航空運輸業(yè)的很大一塊市場可能將會消

27、失19。4.2 3D打印技術帶來的思考 3D打印技術考驗著人們的倫理道德。試想3D打印技術的開展，可以制造槍支、擾亂經(jīng)濟給社會造成極大的危害，如果我們不能把3D打印技術用在推動人類社會向前開展上，那后果不可想象。所以，我們要正確認識和應用3D打印給社會可能帶來的負面影響，加強對科研人員的教育，提高科研人員的社會責任。5 3D打印技術在中國產(chǎn)業(yè)化面臨的問題和建議5.1 3D打印技術在中國產(chǎn)業(yè)化面臨的問題 1技術瓶頸 技術上的瓶頸困難這也是國外3D打印技術面臨的共同難題，國內表現(xiàn)得更加突出。目前，3D打印技術在工藝穩(wěn)定性、加工精度、重復加工的效果一致性方面，與傳統(tǒng)加工制造技術相比還有一定差距。3D

28、打印技術在支撐工藝、激光掃描算法程序、復雜數(shù)據(jù)處理、RPM軟件標準化和二次開發(fā)等方面，也存在許多缺乏。由于受到3D打印技術設備自身的體積限制，加工產(chǎn)品的尺寸大小也受到很大局限。許多3D打印技術設備對加工材料的質量特性要求過高，限制了其應用的領域范圍18。 23D打印材料的局限 目前3D打印技術使用的材料到達300余種，但相對于廣泛的應用領域仍顯十分缺乏。3D打印使用的材料主要有三大類 ：金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料。中國在3D打印材料的研發(fā)和生產(chǎn)方面處于劣勢。目前國內專門從事3D打印材料專業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)不多，主要依賴于進口。 3D打印材料的專用性非常強，不同類型的3D打印技術設備對材料

29、的密度、顆粒分布、氧含量要求等等都不相同，常常是與特定公司的特定型號3D打印設備捆綁銷售。國內使用的多數(shù)3D打印材料就是由3D打印設備制造公司直接提供，只能依靠進口。進口依賴導致成型材料領域利潤非常高，多數(shù)關鍵材料都被美國公司所壟斷。 3技術應用本錢過高制約中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)化的重要因素之一是應用本錢居高不下。盡管3D打印技術應用減少了切削、模具、成型、組裝等方面的制造本錢，卻增加軟件、設計、材料、效勞等環(huán)節(jié)的本錢，其中材料本錢的影響作用較大。由于中國3D打印技術企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不大，3D打印技術設備售價很高，限制了中企業(yè)和私人用市場的擴展。少數(shù)的大企業(yè)如軍工、航天、醫(yī)療、科研等方面的應用，可以

30、消化材料的高本錢，其他的大多數(shù)用戶卻很難承受3D打印應用本錢代價。5.2 3D打印技術在中國產(chǎn)業(yè)化的建議 目前階段3D打印技術與產(chǎn)業(yè)的定位盡管3D打印技術具有革命性和優(yōu)越性，但不能過于樂觀地高估其產(chǎn)業(yè)功能地位，它并不能完全替代傳統(tǒng)制造技術。傳統(tǒng)制造技術與3D打印技術各具優(yōu)勢，這二者是一種對立統(tǒng)一的互補關系20。3D打印技術在批量化、高精度、低本錢、大尺寸生產(chǎn)產(chǎn)品等方面有局限，更為關鍵的是3D打印技術的材料還只能依靠傳統(tǒng)制造技術來生產(chǎn)。目前，各種3D打印技術設備仍然依靠傳統(tǒng)制造技術來制造，即3D打印技術設備還不能完全通過3D打印技術來制造。我國在制定相關政策時要抓住3D打印技術產(chǎn)業(yè)同傳統(tǒng)制造技術

31、產(chǎn)業(yè)之間的關聯(lián)處，才能使相對處于弱勢的3D打印技術產(chǎn)業(yè)，借助傳統(tǒng)制造技術產(chǎn)業(yè)的市場優(yōu)勢而逐步壯大21。5.2.2 建立3D打印產(chǎn)學研相結合的組織3D打印技術的上游開發(fā)研制仍然是關鍵性的前提，是加快3D打印技術產(chǎn)業(yè)化的措施。3D打印技術產(chǎn)業(yè)化的主體是還是企業(yè)公司，建立以企業(yè)為根底的產(chǎn)、學、研協(xié)同中心，是推進和加快3D打印技術產(chǎn)業(yè)化的不可缺少的步驟22。3D打印技術的最終應用者還是企業(yè)和個人用戶。然而我國目前在3D打印技術領域研究領先的單位是一些高校和研究所，而企業(yè)相對不多。因此，政府各部門應加強對3D打印技術的上下游的產(chǎn)、學、研、用相結合的組織與合作，才能最大限度的推進3D打印技術的開展。5.2

32、.3 一整條產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)合作研制生產(chǎn)3D打印材料目前的3D打印材料往往是專門為特定的3D打印技術設備效勞的，而且生產(chǎn)3D打印材料的企業(yè)仍然是傳統(tǒng)制造企業(yè)。我國解決3D打印材料困境，必須采取3D打印技術產(chǎn)業(yè)上下游通力合作研制生產(chǎn)的模式，包括產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新23。3D打印材料對精細度、專用性、標準性和可靠性等要求比較高，只有通過加強上游的材料、中游的3D打印機設備，以及下游的產(chǎn)品等各個環(huán)節(jié)的密切合作，才能促進3D打印材料的降低本錢24。 5.2.4 培育3D打印技術人才 一個新興技術的崛起和產(chǎn)業(yè)化，必然需要大量的專門人才。3D打印技術一旦成為成熟的標準化產(chǎn)業(yè)技術，必將需要大批的專業(yè)人才來開發(fā)設計產(chǎn)

33、品、向各個行業(yè)推廣應用25。高等院校已經(jīng)將3D打印技術等“增材制造技術納入相關學科建設體系，培養(yǎng)3D打印技術、增材制造技術的專業(yè)人才，但是僅僅由高校才承當培養(yǎng)人才的任務是不夠的，民營機構培訓也應該面向各個行業(yè)應用領域培養(yǎng)專門3D打印技術人才。6 結論 3D打印技術作為一種熱門的新技術，正越來越受到人們的重視。其優(yōu)良的特性與傳統(tǒng)制造業(yè)剛好互補，能滿足社會對制造業(yè)所不能滿足的諸多需求，因此有著巨大的研究價值和商業(yè)價值。不過3D打印也不是完美的，本身也存在著很多困難需要世界各國自身努力去尋求突破。在我們國家，3D打印技術要想到達世界一流水平還有很長的一段路要走，這就需要政府、高校、企業(yè)、個人用戶的多

34、方聯(lián)手，共同努力才能真正地讓這項技術產(chǎn)生應有的價值。致 謝 首先，我要感謝的是傳授這門課程的張正文老師。張老師學識淵博、人生經(jīng)歷豐富、上課嚴謹認真，使我們滿懷敬意。張老師在教授?3D制造技術及開展現(xiàn)狀與趨勢?這門課時，條理清晰的向我們講述了3D打印技術的根本概念和原理、優(yōu)點和缺點、現(xiàn)狀和開展趨勢，使我們收益良多，學到了很多本領域里最新的知識。其次，要感謝我的導師段黎明教授，以及所有我在寫這篇論文時曾經(jīng)提供應我?guī)椭牧紟熞嬗押屯瑢W，以及被我引用或參考的論著的作者，有了你們的幫助此次論文才得以順利完成。參考文獻1 許廷濤3D打印技術產(chǎn)品設計新思維J電腦與電信，2021,9 :5-72 古麗萍蓄勢待

35、發(fā)的3D打印機及其開展J數(shù)碼印刷2021,10 :64-673 蔡恩澤3D打印顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)J.中國中小企業(yè),2021,11 :46-474 劉厚才,莫健華,等.三維打印快速成形技術及其應用 J.機械科學與技術,2021，9:12-145 Bredt JF,Anderson TC.Three-dimensional printing materials system :US Patent , No.6416850 P.2002. 6 陳步慶,林柳蘭,等三維打印技術及系統(tǒng)研究 J機電一體化，2005，4:31-327 楊小玲,周天瑞.?三維打印快速成形技術及其應用?，浙江科技學院學報，2021,21(3):78-80.8 劉厚才,莫健華,等.?三維打印快速成形技術及其應用?,機械科學與技術,2007, 27(9):23-26.9 Sexton Laser cladding:repairing and manufacturing metal parts and toolsJ.Proceedings of SPIE ,2002,4867(1):462-469.10 胡發(fā)宗,趙毅,等.?三維立體打印機的成形技術?,上海交通大學,2021(8):1