【文章內(nèi)容簡介】 也專程前往該中心，希望能得到技術(shù)支持。上海交大上海交大（上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院）3D打印實(shí)驗(yàn)室，打印材料是PSB塑料、液態(tài)光敏樹脂，打印頭骨模型。上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院、數(shù)字醫(yī)學(xué)教育部工程研究中心副主任王成燾教授、袁建兵。王成燾認(rèn)為，自己在骨科的研發(fā)已基本成熟，如今，他們計(jì)劃開拓新的領(lǐng)域：組織、器官。國外的一些科研團(tuán)隊(duì)、IT企業(yè)已成功實(shí)現(xiàn)了器官在計(jì)算機(jī)的三維重建、手術(shù)設(shè)計(jì)等。要3D打印組織、器官，軟件的開發(fā)是基礎(chǔ)工程。天津大學(xué)承擔(dān)為宇航員量身打造“賦型緩沖減振坐墊”任務(wù)的天津大學(xué)快速成型中心。首位女航天員與另外兩位男航天員的座墊由天津大學(xué)快速成型中心承擔(dān)研制。西安交大1992年，西安交大盧秉恒教授（國內(nèi)3D打印業(yè)的先驅(qū)人物之一）赴美做高級(jí)訪問學(xué)者，發(fā)現(xiàn)了快速成形技術(shù)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用，回國后隨即轉(zhuǎn)向研究這一領(lǐng)域，1994年成立先進(jìn)制造技術(shù)研究所。1995年9月18日，盧秉恒教授（現(xiàn)為中科院院士）的樣機(jī)在國家科委論證會(huì)上獲得很高的評(píng)價(jià)，并爭取到“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目250萬元的資助。1997年，盧秉恒團(tuán)隊(duì)賣出了國內(nèi)第一臺(tái)光固化快速成型機(jī)。湖南華曙高科技有限責(zé)任公司（許小曙）一臺(tái)國產(chǎn)選擇性激光尼龍燒結(jié)設(shè)備在湖南長沙下線并首次出口美國，標(biāo)志著我國在這項(xiàng)尖端裝備制造領(lǐng)域取得了重大技術(shù)突破。在湖南長沙高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)湖南華曙高科技有限責(zé)任公司（下稱華曙高科）的生產(chǎn)車間，中國工程院院士、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副主席黃伯云一行見證了選擇性激光尼龍燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行情況，專家們對(duì)激光燒結(jié)作用下白色“PA”尼龍粉末逐漸凝結(jié)成工業(yè)零部件的過程贊嘆不已。據(jù)華曙高科的技術(shù)人員介紹，這種被俗稱為“激光3D打印機(jī)”的裝備只要通過電腦輸入設(shè)計(jì)產(chǎn)品的3D數(shù)據(jù)，就能運(yùn)用激光添加層燒結(jié)技術(shù)，“打印”出設(shè)計(jì)者想要得到的任何復(fù)雜形狀的零部件。與模具制造等傳統(tǒng)工藝相比，“激光3D打印機(jī)”制造的同類產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)重量減輕65%、節(jié)約材料90%。目前，全世界只有極少數(shù)國家能制造這種設(shè)備?！　?012年10月28日，科交會(huì)主場增量制造產(chǎn)業(yè)高端論壇暨激光燒結(jié)裝備發(fā)布會(huì)上，湖南華曙高科有限責(zé)任公司展示了其自主研發(fā)的國內(nèi)首臺(tái)高性能3D激光燒結(jié)機(jī)。會(huì)上，華曙高科與全球知名激光燒結(jié)粉末材料銷售商美國3D林克公司就激光燒結(jié)材料應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目簽訂合作協(xié)議，擬利用國產(chǎn)高分子材料母材及加工設(shè)備條件，在粉末材料配方、粉末粒徑優(yōu)化方法、新型熱處理工藝以及粉末材料成型工藝等方面采取自主創(chuàng)新技術(shù)，開發(fā)高性能激光燒結(jié)粉末材料，并應(yīng)用到國內(nèi)外各領(lǐng)域產(chǎn)品的激光燒結(jié)制造中。結(jié)語我國的3D打印起步并不晚，像彥永年、王華明、王運(yùn)贛、史玉升、盧秉恒等教授都是早期就加入研究的先驅(qū)?？傮w而言，我國在核心技術(shù)有先進(jìn)的一面，但在產(chǎn)業(yè)化方面，發(fā)展還稍顯滯后。經(jīng)過20多年的發(fā)展，這個(gè)產(chǎn)業(yè)，美國、以色列、德國領(lǐng)跑全球，中國跟隨其后。在我國，北京、江蘇、湖北、深圳、西安基礎(chǔ)不錯(cuò)，處于國內(nèi)前列。目前，我國有40多家3D打印企業(yè)，如北京隆源、深圳普力得科技、武漢濱湖機(jī)電、長沙華曙高科、南京紫金立德、寶巖自動(dòng)化、西安鉑力特等等。拿出產(chǎn)品的有近10家，其中，產(chǎn)量過百臺(tái)的僅4家，而擁有核心技術(shù)的，那就更少了。據(jù)深圳普力得科技資深工程師張維忠先生介紹，我國的3D打印產(chǎn)業(yè)，整體面臨核心環(huán)節(jié)對(duì)外依賴，耗材技術(shù)滯后等重大制約問題。硬件方面，自動(dòng)化控制系統(tǒng)方面與國外相比還有較大的差距，運(yùn)行穩(wěn)定性有待提高。軟件方面，與國外亦有很大差距。3D打印“打印”是表象，核心在軟件。軟件之于3D打印機(jī)，好比大腦之于人。缺了軟件，設(shè)計(jì)師靈感再多，變不成模型，打不出實(shí)物。作為3D打印支撐技術(shù)的軟件系統(tǒng)，現(xiàn)為美國、以色列幾家大公司控制，國內(nèi)近乎空白。市場方面，3D打印需求九成在歐美，全球行業(yè)集中度極高，歐美兩家龍頭企業(yè)已占七成份額。過度依賴外需，內(nèi)需啟動(dòng)緩慢，使國產(chǎn)3D打印產(chǎn)業(yè)生存現(xiàn)狀不容樂觀。從核心技術(shù)、應(yīng)用材料到市場渠道，我國3D產(chǎn)業(yè)鏈與國外差距還很大?？傮w來說，理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。理論上講，能夠設(shè)計(jì)或想象出來的東西，全部能打印出來。相信在未來，3D打印確實(shí)能改變幾乎整個(gè)制造業(yè)。但現(xiàn)在，3D打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)還很不成熟，任然處于“拓荒階段”， 替代不了傳統(tǒng)制造業(yè)。深圳普力得科技有限公司總務(wù)部經(jīng)理區(qū)寶明女士認(rèn)為，目前3D打印技術(shù)具有制造物體周期需求短、適應(yīng)單件個(gè)性化需求、在大型薄壁件、蜂窩狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件、鈦合金等難加工、易熱成形零件制造方面具有較大優(yōu)勢(shì)。但也只是對(duì)傳統(tǒng)工藝的補(bǔ)充，是“錦上添花”的技術(shù)。目前，3D打印技術(shù)存在著制造成本高，制造效率低，制造精度尚不能令人滿意，工藝與裝備研發(fā)不充分，尚未進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用等方面的問題。因此，不能把3D打印萬能化，更革不了傳統(tǒng)制造業(yè)的命。什么“打印飛機(jī)”、“打印汽車”，都不靠譜，只是打個(gè)模型?，F(xiàn)今的3D打印技術(shù)還不能打印超過1000個(gè)零部件的東西，打印材料昂貴而且有限，打印尺寸也受限制，打印出的東西，在機(jī)械強(qiáng)度、電氣屬性等暫時(shí)都無法與傳統(tǒng)制造業(yè)相抗衡。現(xiàn)今，3D打印技術(shù)只有跟傳統(tǒng)制造業(yè)改造與提升相結(jié)合，才有更大生存空間。五、3D打印的主流技術(shù)熔融沉積快速成型（Fused Deposition Modeling,FDM）熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀熱熔性材料加熱融化，通過帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。熱熔材料融化后從噴嘴噴出，沉積在制作面板或者前一層已固化的材料上，溫度低于固化溫度后開始固化，通過材料的層層堆積形成最終成品。大致結(jié)構(gòu)如下圖所示：FDM結(jié)構(gòu)示意圖（來源于網(wǎng)絡(luò)）在3D打印技術(shù)中，F(xiàn)DM的機(jī)械結(jié)構(gòu)最簡單，設(shè)計(jì)也最容易，制造成本、維護(hù)成本和材料成本也最低，因此也是在家用的桌面級(jí)3D打印機(jī)中使用得最多的技術(shù)，而工業(yè)級(jí)FDM機(jī)器，主要以Stratasys公司產(chǎn)品為代表。Stratasys工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)FDM技術(shù)的桌面級(jí)3D打印機(jī)主要以ABS和PLA為材料，ABS強(qiáng)度較高，但是有毒性，制作時(shí)臭味嚴(yán)重，必須擁有良好通風(fēng)環(huán)境，此外熱收縮性較大，影響成品精度；PLA是一種生物可分解塑料，無毒性，環(huán)保，制作時(shí)幾乎無味，成品形變也較小，所以目前國外主流桌面級(jí)3D打印機(jī)均以轉(zhuǎn)為使用PLA作為材料。FDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于制造簡單，成本低廉，但是桌面級(jí)的FDM打印機(jī)，由于出料結(jié)構(gòu)簡單，難以精確控制出料形態(tài)與成型效果，同時(shí)溫度對(duì)于FDM成型效果影響非常大，而桌面級(jí)FDM 3D打印機(jī)通常都缺乏恒溫設(shè)備，，但是受溫度影響非常大，成品效果依然不夠穩(wěn)定。此外，大部分FDM機(jī)型制作的產(chǎn)品邊緣都有分層沉積產(chǎn)生的“臺(tái)階效應(yīng)”，較難達(dá)到所見即所得的3D打印效果，所以在對(duì)精度要求較高的快速成型領(lǐng)域較少采用FDM。光固化成型（Stereolithigraphy Apparatus,SLA）光固化技術(shù)是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù)，也是目前研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。光固化技術(shù)，主要使用光敏樹脂為材料，通過紫外光或者其他光源照射凝固成型，逐層固化，最終得到完整的產(chǎn)品。大致結(jié)構(gòu)如下圖所示：光固化原理圖光固化技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于成型速度快、原型精度高，非常適合制作精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原型。使用光固化技術(shù)的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)，最著名的是objet，該制造商的3D打印機(jī)提供超過123種感光材料，是目前支持材料最多的3D打印設(shè)備。Objet材料分類光固化快速成型應(yīng)該是目前3D打印技術(shù)中精度最高，表面也最光滑的，objet系列最低材料層厚可以達(dá)到16微米（）。但是光固化快速成型技術(shù)也有兩個(gè)不足，首先光敏樹脂原料有一定毒性，操作人員使用時(shí)需要注意防護(hù)，其次光固化成型的原型在外觀方面非常好，但是強(qiáng)度方面尚不能與真正的制成品相比，一般主要用于原型設(shè)計(jì)驗(yàn)證方面，然后通過一系列后續(xù)處理工序?qū)⒖焖僭娃D(zhuǎn)化為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。此外，SLA技術(shù)的設(shè)備成本、維護(hù)成本和材料成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于FDM，因此，目前基于光固化技術(shù)的3D打印機(jī)主要應(yīng)用在專業(yè)領(lǐng)域，桌面領(lǐng)域目前已有兩個(gè)桌面級(jí)別SLA技術(shù)3D打印機(jī)項(xiàng)目啟動(dòng)，一個(gè)是Form1，一個(gè)是B9，相信不久的將來會(huì)有更多低成本的SLA桌面3D打印機(jī)面世。三維粉末粘接（Three Dimensional Printing and Gluing,3DP）3DP技術(shù)由美國麻省理工大學(xué)開發(fā)成功，原料使用粉末材料，如陶瓷粉末、金屬粉末、塑料粉末等，3DP技術(shù)工作原理是，先鋪一層粉末，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷重復(fù)鋪粉、噴涂、粘接的過程，層層疊加，獲得最終打印出來的零件。大致結(jié)構(gòu)如下圖所示：3DP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于成型速度快、無需支撐結(jié)構(gòu)，而且能夠輸出彩色打印產(chǎn)品，這是目前其他技術(shù)都比較難以實(shí)現(xiàn)的。3DP技術(shù)的典型設(shè)備，是3DS旗下zcorp的zprinter系列，也是3D照相館使用的設(shè)備，zprinter的z650打印出來的產(chǎn)品最大可以輸出39萬色，色彩方面非常豐富，也是在色彩外觀方面，打印產(chǎn)品最接近于成品的3D打印技術(shù)。但是3DP技術(shù)也有不足，首先粉末粘接的直接成品強(qiáng)度并不高，只能作為測(cè)試原型，其次由于粉末粘接的工作原理，成品表面不如SLA光潔，精細(xì)度也有劣勢(shì)，所以一般為了產(chǎn)生擁有足夠強(qiáng)度的產(chǎn)品，還需要一系列的后續(xù)處理工序。此外，由于制造相關(guān)材料粉末的技術(shù)比較復(fù)雜，成本較高，所以目前3DP技術(shù)主要應(yīng)用在專業(yè)領(lǐng)域，桌面級(jí)別目前僅有一個(gè)PWDR項(xiàng)目在啟動(dòng)，尚需觀察后續(xù)進(jìn)展。選擇性激光燒結(jié)（Selecting Laser Sintering,SLS）該工藝由美國德克薩斯大學(xué)提出，于1992年開發(fā)了商業(yè)成型機(jī)。SLS利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理，由計(jì)算機(jī)控制層層堆結(jié)成型。SLS技術(shù)同樣是使用層疊堆積成型，所不同的是，它首先鋪一層粉末材料，將材料預(yù)熱到接近熔化點(diǎn)，再使用激光在該層截面上掃描，使粉末溫度升至熔化點(diǎn)，然后燒結(jié)形成粘接，接著不斷重復(fù)鋪粉、燒結(jié)的過程，直至完成整個(gè)模型成型。大致結(jié)構(gòu)如下：激光燒結(jié)技術(shù)可以使用非常多的粉末材料，并制成相應(yīng)材質(zhì)的成品，激光燒結(jié)的成品精度好、強(qiáng)度高，但是最主要的優(yōu)勢(shì)還是在于金屬成品的制作。激光燒結(jié)可以直接燒結(jié)金屬零件，也可以間接燒結(jié)金屬零件，最終成品的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他3D打印技術(shù)。SLS家族最知名的是德國EOS的M系列，成品效果圖：激光燒結(jié)技術(shù)雖然優(yōu)勢(shì)非常明顯，但是也同樣存在缺陷，首先粉末燒結(jié)的表面粗糙，需要后期處理，其次使用大功率激光器，除了本身的設(shè)備成本，還需要很多輔助保護(hù)工藝，整體技術(shù)難度較大，制造和維護(hù)成本非常高，普通用戶無法承受，所以目前應(yīng)用范圍主要集中在高端制造領(lǐng)域，而目前尚未有桌面級(jí)SLS 3D打印機(jī)開發(fā)的消息，要進(jìn)入普通民用領(lǐng)域，可能還需要一段時(shí)間。六、3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域到目前為止，各類3D 打印機(jī)設(shè)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。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)與制造，材料工程、醫(yī)學(xué)研究、文化藝術(shù)、建筑工程等等都逐漸的使用3D打印機(jī)技術(shù)，使得3D打印機(jī)技術(shù)有著廣闊的前景。3D打印技術(shù)已在工業(yè)造型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)（實(shí)物模型/樣件）、機(jī)械制造、模具制造、航空航天(風(fēng)洞用實(shí)體模型)、軍事、建筑設(shè)計(jì)、影視、家電(開發(fā)新產(chǎn)品)、輕工、醫(yī)學(xué)(人體器官模型、骨骼)、藝術(shù)創(chuàng)作、考古/文物復(fù)制、數(shù)字雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了較為廣泛的應(yīng)用。3D打印機(jī)的應(yīng)用對(duì)象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Objet公司認(rèn)為，3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。醫(yī)療行業(yè)。一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機(jī)“打印”出來的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例?！】茖W(xué)研究。美國德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過對(duì)化石進(jìn)行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時(shí)還做了比例縮減，更適合研究。產(chǎn)品原型。比如微軟的3D模型打印車間，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來之后，通過3D打印機(jī)打印出來模型，能夠讓設(shè)計(jì)制造部門更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。文物保護(hù)。博物館里常常會(huì)用很多復(fù)雜的替代品來保護(hù)原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時(shí)復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響更多更遠(yuǎn)的人。史密森尼博物館就因?yàn)樵嫉耐旭R斯杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個(gè)巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。建筑設(shè)計(jì)。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美。完全合乎設(shè)計(jì)者的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量材料。制造業(yè)。制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因?yàn)?D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個(gè)問題。食品產(chǎn)業(yè)。沒錯(cuò)，就是“打印”食品。研究人員已經(jīng)開始嘗試打印巧克力了?；蛟S在不久的將來，很多看起來一模一樣的食品就是用食品3D打印機(jī)“打印”出來的。當(dāng)然，到那時(shí)可能人工制作的食品會(huì)貴很多倍。汽車制造業(yè)。不是說你的車是3D打印機(jī)打印出來的（當(dāng)然或許有一天這也有可能），而是說汽車行業(yè)在進(jìn)行安全性測(cè)試等工作時(shí)，會(huì)將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時(shí)降低成本。配件、飾品。這是最廣闊的一個(gè)市場。在未來不管是你的個(gè)性筆筒，還是有你半身浮雕的手機(jī)外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨(dú)一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機(jī)打印出來的。甚至不用等到未來，就可以實(shí)現(xiàn)。七、3D打印的發(fā)展瓶頸3D打印技術(shù)雖然已有近20年的發(fā)展歷程，但要真的走入社會(huì)大眾之中，成為主流的生產(chǎn)制造技術(shù)，目前仍存在推廣/普及/應(yīng)用的局限處/瓶頸/障礙：成本（耗材的價(jià)格）