3D打印技术与未来应用

3D打印技术与未来应用对于关注打印领域的读者来说，3D打印技术也许并不是什么陌生词了。而普通大众关...

3D打印技术与未来应用

对于关注打印领域的读者来说，3D打印技术也许并不是什么陌生词了。而普通大众关注3D技术，还要追溯到前年年初上映的詹姆斯·卡梅隆的3D大片《阿凡达》。虽然电影《阿凡达》描绘的美丽景象没有在观众记忆中停留多久，但3D影像技术带给观影者震撼的视觉冲击，却一直影响着随后电影工业的发展，从《阿凡达》开始，几乎所有的大制作高成本影片无不推出3D版，而前段时间上映的3D影片《超凡蜘蛛侠》更是叫好又叫座，这说明3D技术的电影制作已经深入人心，并深受大众喜爱。

近几年“3D打印”成了超前科技的代言词，火遍全球。其实3D打印并不能算是一项新技术，它早在20世纪80年代便已产生，只是因为成本巨大，在最近几年才进军艺术界和工业界，用以制造假肢、汽车零部件、家具和珠宝等。由于其迅猛的发展态势，也许在未来的某一天，3D打印能够像上帝那样打印出人类。

得益于3D技术制作的电影受到好评，现如今3D技术的发展涉及到了各行各业。而在制造行业，“3D打印技术”的影响正在日益凸显。

你可能觉得3D打印技术是边缘技术，只有标新立异的人或者是高端设计室才用，但其实在不经意中，你早就接触到了3D打印产品。比如在牙科诊所，很多定制的口腔设备现在都在使用3D打印机。口腔防护器可调整牙齿的排列，牙科医生扫描了牙齿的位置后就可以利用软件制作一个塑料模型，带上数月后就可以把牙齿调整到合适的位置。另外利用3D打印机可以很快的制作出牙齿的模型，牙医可以现场磨制假牙给你换上。

应用

无法替代传统制造方式，成本、材料因素限制市场

3D打印上世纪80年代诞生于美国，学名是“增材制造”，是将材料一次性熔聚成型的制造方式，与传统对原材料进行切削等的“减材制造”方法相反。“与盖楼过程一样，3D打印也是从地基建起，通过打印材料的层层叠加，最终形成一个完整的立体物品。”华中科技大学材料科学与工程学院教授史玉升说，理论上，塑料、金属、陶瓷、沙子等材料做成粉状物后都可以用作打印的“墨水”。

新产品在实际制造成型后，可能与原设计有出入，因此量产前常常需要样品验证，3D打印正好发挥了其在单件或小批量生产上的优势。另外，3D打印在高端尤其是复杂零件加工上有较大潜力。传统制造方法需要经过开模具、铸造或锻造以及精加工，费时费料。而3D打印的一次成型技术，能够打印出设计好的复杂结构，节约了材料，降低了零部件的研制周期和成本。

“有一家铸造企业用选择性激光烧结3D打印机，将复杂铸件的交货期由传统的3个月缩短到了10天左右，”史玉升举例说，“还有某发动机制造商采用这样的设备，把大型六缸柴油发动机缸盖砂芯的研制周期，由过去的5个月缩短至1周左右。”

速度快、省材料、能轻松应对结构复杂的产品„„既然身兼种种特长，3D打印技术已诞生30多年，为什么一直没发展起来?

中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军认为，关键在于3D打印技术对传统制造技术的替代作用不强。虽然在部分产品的小批量生产和模具生产上颇有优势，但在大批量生产上，3D打印的速度和成本其实都比不过传统制造方式。打印材料品种的单一和昂贵的成本，使其局限于对价格敏感度不高的产品，市场应用领域有限。

“3D打印技术只是传统制造业的补充。”史玉升表示。罗军也认为，3D打印技术擅长解决个性化、复杂化、高难度的生产技术，而传统制造业擅长批量化、规模化和精益化的生产，两者是互补关系，“不是谁替代谁的问题”。

在罗军看来，3D打印技术没得到大发展的另一个原因在于，国内3D行业“小而散”的局面影响了产业的推广。因此，去年10月15日，中国3D打印技术产业联盟成立，集合了国内40多家从事3D打印的企业和科研单位。罗军希望通过联盟形成合力，以行业抱团发展模式逐步打开市场。

现状

设备、材料及应用领域与国外尚有差距，活体组织打印是未来重要方向发展3D打印技术，中国其实起步并不晚。这方面的研究在上世纪80年代末就已开始，研究力量集中在西安交通大学、华中科技大学和清华大学等高校。

目前，这3所高校仍是我国3D打印技术的研究重地，其中西安交通大学侧重研究光固化技术，华中科技大学的优势在于激光粉末烧结技术，而清华大学则侧重塑料堆积技术。

史玉升表示，我国生产的3D打印机装备功能已经接近国际先进水平，两者的差距主要体现在装备的可靠性和材料研发上。“部分3D打印机的关键器件需从国外进口，而用国产零件生产的打印机稳定性不够。”此外，我国在材料质量和品种上还远不如美国、德国丰富，许多研发的实验材料也需要进口。

“更大的差距体现在应用上。”史玉升说，在国外，3D打印技术已经在新产品开发、生物医疗、航空航天、影视教育创意等方面有较多应用，而我国还主要局限于模具打印、文化创意产品等少数领域。

另外，在西方国家，3D打印技术可以打印出个性化的假牙、假肢，在医疗健康领域已经取得成效。不过，“假”的东西并不能让人们满足。“未来3D打印技术一个前沿方向是研究如何打印‘活’的人体‘零件’。”史玉升说，只要能找出与人体相容的材料，打印出网状物，再把人体的细胞放上去培养，就能制造出真正的人体组织了。

不过，当前打印人体器官还只是一种科学愿景，这依赖于打印材料和技术上的突破，并需要开展生物、医学、计算机等多学科来交叉研究。

虽然还有不小差距，但3D打印技术已经算是我国制造行业与国外先进水平差距很少的技术之一，部分领域几乎同步，在某些方面还具有自身特色和一定的优势。北京航空航天大学的王华明教授曾打印出世界上最大的钛合金复杂构件，产品整体性能远超锻件。

史玉升认为，中国要从制造业大国走向强国，依靠当前加工型的、技术含量低的生产手段难有根本改观，国家应加强对3D打印技术研究的支持。

据了解，我国从去年底已经启动了中国工程院增材制造咨询项目，为未来中国3D打印技术发展献计献策。