3D打印机的发展现状与趋势综述
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（大学）
摘要：3D打印（3D printing），即快速成型技术的一种，其实质是增材制造技术，被誉为是第三次工业革命的重要标志之一。近年来，国内外3D打印技术蓬勃发展，在航空航天、生物医学工程、工业制造等多个方面有着广泛地应用。本文通过介绍3D打印技术的概念及应用，阐述了国内外3D打印技术及产业的现状，并结合数据，对3D打印的发展趋势有一定预见性的分析。
关键词：3D打印技术现状发展趋势
0.前言
为了让读者更快速更全面的了解3D打印机的发展现状和趋势，特写了这篇综述。3D打印技术是制造业正在迅速发展的一项新兴技术，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。文章通过介绍3D打印的概念及应用领域，重点阐述了3D打印技术及产业在国内外的发展现状，结合数据分析，对3D打印的发展趋势有一定预见性的分析。
1.技术现状
1.1 3D打印技术概念
严格意义上来说，3D打印技术是快速成型技术的一种，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。是制造业正在迅速发展的一项新兴技术，被英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，称为第三次工业革命的重要标志之一。3D打印作为一种通俗化名称，其实质是增材制造技术，因此又称为添加制造（AM,Additive Manufacturing）。美国材料与试验协会将增材制造技术定义为：基于3D模型数据，采用与减式制造技术相反的逐层叠加的方式生产物品的过程，通常通过电脑控制将材料逐层叠加，最终将计算机上的三维模型变为立体实物，是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术。
1.2 3D打印技术的应用领域
近20年来，3D打印技术在各领域发展迅速，主要被应用于产品原型、磨具制造，以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统以来的精细加工工艺。除此之外，该技术在鞋类、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支、生物工程以及其他多个领域都有所应用，从市场份额来看，3D打印技术应用在汽车及零配件领域占37%，在消费品领域占18.2%，应用于航空航天和国防军工占13.7%，在商业机器领域占11.2%，在医疗领域占8.8%，在科研方面占8.6%。同时，3D 打印技术为这些产业的创新开拓注入了新鲜的血液，如2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作，尝试以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官，是医学领域具有重大意义的创新。
1.3 3D打印技术及产业的国内外发展现状
1.3.1 国际情况
经过多年的探索和发展，3D打印技术有了长足的发展。3D打印技术在国外发展较快，目前已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。打印的速度也有所提高，国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可以实现24位色彩的彩色打印.截至2012年底，3D打印成型公司Stratasys的产品已经可以支持123种不同材料进行3D打印。
目前，美国Z corp公司与日本Riken Institute于2000年研制出基于喷墨打印技术的、能够制作出彩色原型件的三维打印机。2000年底以色列的Object Geometries公司推出了基于结合3D Ink—Jet与光固化工艺的三维打印机Quadra。在全球3D打印机行业，美国3D Systems和Stratasys两家公司公司的产品占据了绝大多数市场份额。其中，3D Systems 公司的实力最为强大，代表了3D打印技术目前的技术水平和未来的发展趋势，可以为专业人士及类似消费者提供3D打印系统。此外，在此领域具有较强技术实力和特色的企业或研发团队还有美国的Fab@Home和Shapeways、英国的Reprap等。在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式，如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。同时，国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。
1.3.2 国内情况
近年来，我国积极探索3D打印技术的研发，自20世纪90年代初以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。在3D打印设备制造技术，3D打印材料技术，3D设计与成型软件开发，3D打印工业应用研究等方面取得了不错的成果，有部分技术已经处于世界先进水平。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDMT艺等方面都有一定的科研优势；华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料；西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到0．2mm。中国科技大学学自行研制了八喷头组合喷射装置；有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言，国内3D技术的研发水平还有较大差距。我国港台地区很多高校和企业都有自己的3D打印设备，RP技术应用更为广泛，但并非自主研发。
目前，国内对3D打印设备进行产业化运作的公司实体主要有：北京殷华，湖北滨利机电，深圳维示泰克，江苏敦超等，这些企业已经基本实现了3D打印机的整体生产和销售。但这些企业多是由海外归国团体建立，规模小，产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端水平。目前，国内3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件等方面还难以满足商用的需求，技术水平有待进一步的提升。
2.发展趋势
2.1.困难与挑战
根据国际快速制造行业权威报告《Wholes Report 2011》发布的调查结果，全球3D行业打印产业产值在1988~2010年期间保持着26.2%的年增长速率。报告预期，3D打印产业未来将持续较快地增长，到2016年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元。但3D打印技术要进一步扩展其产业运用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了一定困难；二是概念方面，现在3D打印技术的概念普及范围还不是很广，国内
