3D打印技术的发展趋势及产业优化建议
摘要： 3D打印技术与传统的零件切削加工方式有较大区别，目前我国3D打印技术已经取得较大进步，正在着手加D打印技术产业化发展。
关键词：3D打印技术 耗材类型 发展趋势 产业优化建议
一、3D打印技术概述
3D打印技术是快速成型技术的一种，其一般方法是通过计算机建模软件建模，将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，从而指导打印机逐层打印。1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。1988年，美国3D System公司首先推出原型装置。根据所用材料和成型原理的不同，3D打印技术有不同的种类。目前发展较快的的3D打印技术有立体光固化（SLA），选择性激光烧结（SLS），分层实体制造（LOM），熔积成型（FDM）等。
二、举例说明3D打印技术对耗材的特殊要求
3D打印技术耗材有树脂、纸张、易熔合金等。按材料物理状态划分，有液体材料、粉末材料
、丝状材料等，按材料成型方法划分，有SL材料、LOM材料、SLS材料、FDM材料等。3D打印技术的耗材因成型原理不同而有很大区别，难以一概而论。现以熔融沉积技术为例说明3D打印技术对耗材的特殊要求：
3d打印未来发展方向
（一）材料收缩率小。在熔积成型技术中，为使成型材料从喷口内挤出，喷头内有一定压力，如果材料收缩率较敏感，挤出材料将发生较大变形从而影响成品精度。
（二）材料熔融温度低。熔融温度低可以保证材料顺利从喷口内挤出。
（三）材料粘结性好。粘结性决定了成品强度，一定粘结度的材料可以保证成品不会出现层与层之间断裂。
三、3D打印技术的主要优势与发展趋势
因为摆脱了传统加工方式惯用的“减料”生产模式，通过“加料”进行生产，3D打印技术具有一些令其他加工方式难以企及的优势？。首先由于柔性制造的理念在3D打印技术中的充分体现，购置组装设备，供应链，劳动力和运输等生产制造过程中多个步骤的成本大幅下降。工程师只需要通过CAD编入不同的代码便可以操控同一台3D打印机可以制造完全不同的产品，
而传统的加工方式受制于模具与刀具的形状限制，产品单一。其次由于3D打印技术可以根据市场需求制造特定产品从而实现了真正的“按需生产”，这样不仅大大减少了产品储存运输的成本，也为最大化科学合理分配资源提供了可能。此外由于3D打印技术只需在电脑上设计产品模型，对刀具和模具的加工都实现了自动化，从而将对人力的需求将减少到最小[1]。更重要的是，由于我国此前几十年不计成本的高速发展，资源消耗、环境污染已经越来越成为阻碍社会可持续发展的巨大阻力，而3D打印技术理论上可以实现对原材料100%利用，将为我国经济社会可持续发展创造良好条件。
正是由于3D打印技术具有这些独特优势，有人预测，3D打印技术将迎来快速发展并最终取代一般的传统加工方式。国内外都在对这一新兴技术进行一些研究，其发展趋势可以概括为以下几个方面：
（一）金属成型材料的快速发展。随着3D打印技术快速发展，传统的塑料材料已经不能满足社会经济发展要求，能适应在航空航天，军事，医学等特殊领域需求的金属材料将快速发展。
（二）应用领域不断扩展。除了传统的家电、汽车、航空航天外，以“生物零件”为代表的3D
打印技术在生物医疗领域也得到广泛深入的研究[2]。
（三）可靠性提高。由于CAD、CAE、CAM等软件功能的不断改进，以及一些精度补偿软件和计算机仿真优化技术的完善，3D打印技术的产品在原材料利用率、新产品成功率、产品精度方面必将得到进一步提高[3]。
（四）技术市场化和大众化程度提高。随着3D打印技术的发展和3D打印机的制造成本的不断下降，经济型打印机和教学用低价小型打印机的开发成为重要发展趋势[4]。
四、我国3D打印技术的产业优化建议
尽管相对于传统的能耗高污染大的加工技术，3D打印技术显示出巨大的优势，但相对于传统加工方式的高普及率，3D打印技术一时还难以成为市场的主流，还需要政府站在促进产业升级的长远角度，从以下几个方面对3D打印技术加大扶持力度：
（一）建议工信部等国家有关部门高瞻远瞩，在充分调研的基础上制定相关计划，推出一揽子扶持方案，从政策、资金、人才等多个方面给予3D打印产业大力扶持。工信部副部长苏波在2012年增材制造技术国际论坛上表示3D打印路线图和中长期发展战略即将制定。可以预
见，在不久的将来，我国将对3D打印技术产业的发展形成清晰的顶层设计。
（二）继续加大3D打印技术试点的推广力度。3D打印技术的试点与推广需要国家有关部门统筹各地区最优资源，立足本地区条件建立立体化的3D打印技术试点示范区，并实现各个示范区在人才、资金、技术上资源共享。2013年8月由华中科技大学主导的我国首个3D打印工业园落户武汉高新区，2013年3月南京栖霞区诞生首个3D打印技术产业创新中心。这些试点地区的涌现体现了政府与民间在3D打印技术产业方面有着广阔的合作空间。
（三）进一步建立完善和优化3D打印技术科研体系。立足于我国众多工科院校强大的科研实力，实现科研经费，科研人才等资源向3D打印技术的倾斜，加大3D打印技术产业化与市场化，实现人才技术与市场的对接。
五、结语
随着计算机技术的快速发展以及中国政府在产业升级方面的不断加力，3D打印技术已经迎来一个快速发展的黄金时期，可以预见，在不久的将来，3D打印技术将取代传统的高耗能高污染的零件切削加工方式，大幅提高生产效率，降低生产成本[5]，并最终成为第三次工业革命的重大标志，引领人类向后工业化时代迈进。
参考文献：
[1]王忠宏，李扬帆，张漫茵. 中国3D打印产业的现状及发展思路    [A].经济纵横，2013（01）：90-93.
[2]LamC，MoX，etal.Scaffolddevelopmentusing3Dprintingwith astarch-basedpolymer[J].MatereialsScienceandEngineer-ing，2002，（C20）：49-56
[3]古丽萍. 蓄势待发的3D打印机及其发展[J]. 数码印刷，2011，（10）：64-67.
[4]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[A].中国高新技术企业，2012（26）：3-5.
[5]刘厚才，莫建华，刘海涛. 三维打印快速成型技术及其应用[J].机械科学与技术，2008（9）：1185-1190.

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