權威解讀，讓國人充分了解3D打印技術的實質及發(fā)展瓶頸

華南理工大學機械與汽車工程學院劉斌教授

本文深度介紹3D打印技術，從概念原理到發(fā)展瓶頸，以及與傳統(tǒng)制造行業(yè)的發(fā)展關系。使國人充分了解3D打印技術的實質及存在的本質問題，從而做到客觀、公正、冷靜、充分地了解3D打印技術。

自2012年以來，3D打印技術出現了新一輪的研究開發(fā)熱度期，并且，其熱度遠遠大于第一次的熱度。在這次熱度中，3D打印技術的研究與應用如火如荼，對3D打印技術的宣傳幾乎做到了婦孺皆知。下面由華南理工大學機械與汽車工程學院劉斌教授為大家權威解讀3D打印技術，使國人充分了解3D打印技術的實質及存在的本質問題，從而做到客觀、公正、冷靜、充分地了解3D打印技術。

本文采用問答形式，對3D打印技術中存在的十幾個關鍵問題進行了思考與回答，以共饗讀者。

目錄:  
1、什么叫3D打印技術
定義
3D打印技術原理   
3D打印技術的主流工藝介紹
2、3D打印技術的優(yōu)點及缺點是什么
3D打印技術的優(yōu)點
3D打印技術的缺點
3、為什么3D打印技術只有到上世紀80年代末才開始出現商品化的設備
4、為什么說材料是3D打印技術的核心
3D打印材料分類   
3D打印材料的基本性能
5、為什么說3D打印不能用于批量化生產        
6、為什么說3D打印不能替代傳統(tǒng)的制造工藝        
7、為什么說3D打印技術不能替代傳統(tǒng)的制造產業(yè)        
8、為什么說3D打印只是增材制造技術的一個分支
9、為什么說3D打印技術的服務市場有限
10、為什么3D打印技術又出現新的一輪火熱
11、為什么說有人稱3D打印技術能帶來“第三次工業(yè)革命”
12、3D打印技術的關鍵技術及瓶頸是什么
3D打印技術的關鍵技術
3D打印機的發(fā)展瓶頸
13、3D打印技術的發(fā)展方向及趨勢是什么
14、3D打印技術的真實市場定位是什么
15、3D打印技術與傳統(tǒng)制造技術的關系是什么

1、什么叫3D打印技術？

1.1定義

3D打�。═hreeDimension Printing，簡稱3DP）技術，是指通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術不同，因此又稱為添加制造或增材制造（AdditiveManufacturing，簡稱AM）技術，以前稱為快速成型（RapidPrototyping，簡稱RP）技術。

作為一種綜合性應用技術，3D打印綜合了數字建模技術、精密機械、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備，它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機械系統(tǒng)、數控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。

3D打印技術，從狹義上來說，主要是指增材成型技術；從成型工藝上看，3D打印技術突破了傳統(tǒng)成型方法，它通過快速自動成型系統(tǒng)與計算機數據模型結合，無需任何附加的傳統(tǒng)模具制造和機械加工，就能夠制造出各種形狀復雜的原型，這使得產品的設計生產周期大大縮短，生產成本大幅下降。

1.2 3D打印技術原理

3D打印技術【以前被稱為快速成型、快速成形】是上世紀80年代末期開始商品化的一種高新制造技術，它有不同的英文名稱，如RapidPrototyping（快速原型制造、快速成型、快速成形）、FreeformManufacturing（自由形式制造）、AdditiveFabrication（增材制造）等，常常簡稱為RP。該技術將計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機數字控制（CNC）、激光、精密伺服驅動和新材料等先進技術集于一體（如圖1所示）。

圖1  快速成形——多種先進技術的集成

3D打印技術的原理是：依據計算機上構成的工件三維設計模型（圖2（a）），對其進行分層切片，得到各層截面的二維輪廓（圖2（b））。按照這些輪廓，成形頭選擇性地固化一層層的液態(tài)樹脂（或切割一層層的紙，燒結一層層的粉末材料，噴涂一層層的熱熔材料或粘結劑等），形成各個截面輪廓（圖2（c））并逐步順序迭加成三維工件（圖2（d））。

圖2  三維—二維—三維的轉換

3D打印技術徹底擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工法——部分去除大于工件的毛坯上的材料來得到工件，而采用全新的“增長”加工法——用一層層的小毛坯逐步迭加成大工件，將復雜的三維加工分解成簡單的二維加工的組合，因此，它不必采用傳統(tǒng)的加工機床和工模具，只需傳統(tǒng)加工方法的10％～30％的工時和20％～35％的成本，就能直接制造出產品樣品或模具（圖3）。由于3D打印技術具有上述突出的優(yōu)勢，所以近年來發(fā)展迅速，已成為現代先進制造技術中的一項支柱技術，是實現并行工程（ConcurrentEngineering，簡稱CE）的必不可少的手段。

左圖（a）傳統(tǒng)加工；右圖（b）快速成形

圖3  傳統(tǒng)加工與快速成形的比較

1.3 3D打印技術的主流工藝介紹

3D打印技術的主流工藝介紹如下：

（1）分層物體制造（LaminatedObject Manufacturing，簡稱LOM）
這是歷史最為悠久的3D打印技術之一，也是最為成熟的3D打印技術之一。
LOM技術自1991年問世以來得到了迅速的發(fā)展。由于該工藝多使用紙材、PVC片材等薄形材料，價格低廉且成型精度較高，因此受到了較為廣泛的關注，在產品概念設計可視化、造型設計評估、裝配檢驗、熔模鑄造等方面應用廣泛。其成型原理如圖4所示。

圖4  分層物體制造工藝原理圖

分層物體制造系統(tǒng)主要包括計算機、數控系統(tǒng)、原材料存儲與運送部件、熱粘壓部件、激光切系統(tǒng)、可升降工作臺等部分組成。其中，計算機負責接收和存儲成型工件的三維模型數據，這些數據主要是沿模型高度方向提取的一系列截面輪廓。原材料存儲與運送部件將把存儲在其中的原材料（底面涂有粘合劑的薄層材料）逐步送至工作臺上方。激光切割器將沿著工件截面輪廓線對薄層材料進行切割，可升降的工作臺能支撐成型的工件，并在每層成型之后降低一個材料厚度，以便送進將要進行粘合和切割的新一層材料，最后熱粘壓部件將會一層一層地把成型區(qū)域的薄層材料粘合在一起，就這樣重復上述的步驟，直到工件完全成型。

（2）立體光固化成型（StereoLithography Apparatus，簡稱SLA）

又稱立體光刻成型。該工藝最早由美國CharlesW. Hull于1984年提出并獲得美國國家專利，是最早發(fā)展起來的3D打印技術之一。CharlesW. Hull在獲得該專利后兩年便成立了3DSystems公司，并于1988年發(fā)布了世界上第一臺商用3D打印機SLA-250。

SLA的工藝耗材是光敏樹脂。SLA工藝以光敏樹脂作為成型材料，在計算機的控制下，紫外激光將對液態(tài)的光敏樹脂進行掃描，從而讓其逐層固化成型。SLA工藝能以簡潔且全自動的方式制造出精度較高的幾何立體模型。SLA的基本原理如圖5所示。

圖5  立體光固化成型工藝原理圖

在圖5中，液槽里會先盛滿液態(tài)的光敏樹脂，氦-鎘激光器或氬離子激光器發(fā)射出來的紫外激光束，在計算機的操縱下，按工件的分層截面數據在液態(tài)的光敏樹脂表面進行逐行逐點掃描，這使掃描區(qū)域的樹脂薄層產生聚合反應而固化，從而形成工件的一個薄層。當一層樹脂固化完畢后，工作臺將下移一個層厚的距離，以使在原先固化好的樹脂表面上再覆蓋一層新的液態(tài)樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后再進行下一層的激光掃描固化。

新固化的一層將牢固地粘合在前一層上，如此重復，直至整個工件層疊完畢，這樣最后就能得到一個完整的立體模型。

當工件完全成型后，首先需要把工件取出并把多余的樹脂清理干凈，接著還需要把支撐結構清除掉，最后還需要把工件放到紫外燈下進行二次固化。

（3）熔融沉積成型（FusedDeposition Modeling，簡稱FDM）

它是繼LOM和SLA工藝之后發(fā)展起來的一種3D打印技術。

該技術由ScottCrump于1988年發(fā)明，隨后ScottCrump創(chuàng)立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司推出了世界上第一臺基于FDM技術的3D打印機——3DModeler，這也標志著FDM技術步入商用階段。

熔融沉積又被稱為熔絲沉積。它將絲狀的熱熔性材料進行加熱融化，通過帶有微細噴嘴的熱噴頭把材料擠出來。熱噴頭可以沿X、Y方向進行移動，工作臺則沿Z軸方向移動，熔融的絲材被擠出后，隨即會和前一層材料粘合在一起。一層材料沉積完成后，工作臺將按預定的增量下降一個高度，然后重復以上的步驟，直到工件完全成型。其原理如圖6所示。

熱熔性絲料（通常為ABS或PLA等熱塑性材料）先被纏繞在供料輥上，由步進電機驅動輥子旋轉，絲料在主動輥與從動輥的摩擦力作用下，向熱噴頭的噴嘴送出。在供料輥和熱噴頭之間有一導向套，導向套采用低摩擦力材料制成，以便絲料能夠順利準確地由供料輥送到熱噴頭的內腔。熱噴頭的上方有電阻絲式加熱器，在加熱器的作用下，絲料被加熱到熔融狀態(tài)，然后通過熱噴嘴把熔融材料擠壓到工作臺上，材料冷卻后便形成了工件的一個截面。

圖6  熔融沉積成型工藝原理

采用FDM工藝制作具有懸空結構的工件原型時，需要制作支撐結構。為了節(jié)省材料成本和提高成型效率，新型的FDM設備采用雙噴頭設計，即：一個噴頭負責擠出成型材料，另一個噴頭負責擠出支撐材料。

一般來說，用于成型的材料絲相對更精細一些，而且價格較高，沉積效率也較低；用于制作支撐的材料絲相對較粗一些，而且成本較低，但沉積效率會更高些。支撐材料一般選用水溶性材料或比成型材料熔點低的材料，這樣在后期處理時，通過物理或化學的方式就能很方便地把支撐結構去除干凈。

（4）選擇性激光燒結（SelectiveLaser Sintering，簡稱SLS）

該工藝最早是由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其碩士論文中提出的，隨后C.R.Dechard創(chuàng)立了DTM公司，并于1992年發(fā)布了基于SLS技術的工業(yè)級商用3D打印機Sinterstation。

SLS工藝使用粉末狀材料。激光器在計算機的操控下對粉末進行掃描照射而實現材料的燒結粘合，就這樣，材料層層堆積實現成型。SLS的成型原理如圖7所示。

圖7  選擇性激光燒結成型原理

選擇性激光燒結過程是：先采用壓輥將一層粉末平鋪到已成型工件的上表面，數控系統(tǒng)操控激光束按照該層截面輪廓在粉層上進行掃描照射，使粉末的溫度升至熔化點，從而進行燒結，并與下面已成型的部分實現粘合。當一層截面燒結完后，工作臺將下降一個層厚，這時壓輥又會均勻地在上面鋪上一層粉末，并開始新一層截面的燒結，如此反復操作，直到工件完全成型。

在成型過程中，未經燒結的粉末對模型的空腔和懸臂起著支撐的作用，因此，SLS成型時不需要制作支撐結構。SLS工藝使用的材料，除了石蠟、聚碳酸酯、尼龍、陶瓷等材料外，還可以是金屬材料。

（5）三維打�。═hree-DimensionPrinting，簡稱3DP）

該工藝由美國麻省理工學院的EmanualSachs教授發(fā)明于1993年。
3DP的工作原理類似于噴墨打印機的工作原理，是形式上最為貼合“3D打印”概念的成型技術之一。3DP工藝與SLS工藝也有著類似的地方，采用的都是粉末狀材料，如陶瓷粉末、金屬粉末或塑料粉末等，但與其不同的是，3DP使用的粉末并不是通過激光燒結粘合在一起的，而是通過噴頭噴射粘合劑將工件的截面“打印”出來，并一層層堆積成型的。3DP的技術原理如圖8所示。

圖8  三維打印的技術原理示意圖

首先，在工作槽中的工作臺上鋪上一層指定厚度的粉末，接著噴頭會按照一定的路徑將液態(tài)粘合劑噴射在粉層上的指定區(qū)域中，成型一個截面，此后不斷重復上述步驟，直到工件完全成型，然后除去模型上多余的粉末材料即可。
3DP技術成型速度非�？�，適用于制造結構復雜的工件，也適用于制作復合材料或非均質材料的零件。

（6）PolyJet【聚合物噴射】

該工藝是以色列Objet公司于2000年初推出的專利技術。

PolyJet技術也是當前最為先進的3D打印技術之一，它的成型原理與3DP有點類似，不過噴射的不是粘合劑而是聚合物材料。PolyJet聚合物噴射系統(tǒng)的結構如圖9所示。PolyJet的噴射打印頭沿X軸方向來回運動，工作原理與噴墨打印機十分類似，不同的是噴頭噴射的不是墨水而是光敏聚合物。

圖9  PolyJet聚合物噴射系統(tǒng)的結構

當光敏聚合材料被噴射到工作臺上后，紫外光燈將沿著噴頭工作的方向發(fā)射出紫外光，對光敏聚合物材料進行固化。完成一層的噴射打印和固化后，工作臺會精準地下降一個成型層厚，噴頭繼續(xù)噴射光敏聚合材料，并進行下一層的打印和固化。就這樣一層接一層，直到整個工件打印制作完成。在工件成型過程中，使用兩種不同類型的光敏樹脂材料：一種是用來成型實際模型的材料，另一種是用來制作支撐的樹脂材料。當整個打印成型過程完成后，再把支撐材料去除。其工藝過程如圖10、11所示。

圖10  采用PolyJet聚合物噴射系統(tǒng)制造人體腳關節(jié)的過程

圖11  采用PolyJet聚合物噴射系統(tǒng)制造人體腳關節(jié)的實物圖

3D打印技術，除了上述六種常用的工藝外，市場上還有多種不同類型的成型工藝，但究其成型原理，都是基于“分層制造，層層疊加”的離散化制造思想，故在此不再贅述，感興趣的讀者可查閱相關資料。

2、3D打印技術的優(yōu)點及缺點是什么？

2.1 3D打印技術的優(yōu)點

（1）節(jié)省材料。不用剔除邊角料，提高了材料的利用率，通過摒棄生產線而降低了成本；
（2）能做到較高的精度和很高的復雜程度，可以制造出采用傳統(tǒng)方法制造不出來的、非常復雜的制件；
（3）不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具、機床或任何模具，就能直接把計算機的任何形狀的三維CAD圖形生成實物產品；
（4）它可以自動、快速、直接和比較精確地將計算機中的三維設計轉化為實物模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效地縮短了產品研發(fā)周期；
（5）3D打印無需集中的、固定的制造車間，具有分布式生產的特點；
（6）3D打印能在數小時內成形，它讓設計人員和開發(fā)人員實現了從平面圖到實體的飛躍；
（7）它能打印出組裝好的產品，因此，它大大降低了組裝成本，甚至可以挑戰(zhàn)大規(guī)模生產方式。

2.2 3D打印技術的缺點

（1）存在成本高、工時長的軟肋

3D打印仍是比較昂貴的技術。由于用于增材制造的材料研發(fā)難度大、而使用量不大等原因，導致3D打印制造成本較高，而制造效率不高。

目前，3D打印技術在我國主要應用于新產品研發(fā)，且制造成本高，制造效率低，制造精度尚不能令人滿意。3D打印目前并不能取代傳統(tǒng)制造業(yè)。在未來制造業(yè)發(fā)展中，“減材制造法仍是主流”。

（2）在規(guī)模化生產方面尚不具備優(yōu)勢

3D打印技術既然具有分布式生產的優(yōu)點，那么相反，在規(guī)模化生產方面就不具備優(yōu)勢。目前，3D打印技術尚不具備取代傳統(tǒng)制造業(yè)的條件，在大批量、規(guī)模化制造等方面，高效、低成本的傳統(tǒng)減材制造法更勝一籌。

現在看來，想用3D打印作為生產方式來取代大規(guī)模生產不太可能。且不說3D打印技術目前尚且不具備直接生產像汽車這樣復雜的混合材料產品，即使該技術在未來取得長足進步，完全打印一輛車只怕要耗時好幾個月，在成本上遠遠高于大規(guī)模生產汽車時均攤到每輛汽車上的成本。

所以，對于生產有大量剛性需求的產品來說，具有規(guī)模經濟優(yōu)勢的大規(guī)模生產仍比重點放在“個性化、定制化”的3D打印生產方式更加經濟。

（3）打印材料受到限制

3D打印技術的局限和瓶頸主要體現在材料上。目前，打印材料主要是塑料、樹脂、石膏、陶瓷、砂和金屬等，能用于3D打印的材料非常有限。

盡管已經開發(fā)了許多應用于3D打印的同質和異質材料，但是開發(fā)新材料的需求仍然存在，一些新的材料正在研發(fā)中。這種需求包含兩個層面，一是不僅需要對已經得到應用的材料—工藝—結構—特性關系進行深入研究，以明確其優(yōu)點和限制；二是需要開發(fā)新的測試工藝和方法，以擴展可用材料的范圍。

（4）精度和質量問題

由于3D打印技術固有的成型原理及發(fā)展還不完善，其打印成型零件的精度（包括尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度）、物理性能（如強度、剛度、耐疲勞性等）及化學性能等大多不能滿足工程實際的使用要求，不能作為功能性零件，只能做原型件使用，從而其應用將大打折扣。

而且，由于3D打印采用“分層制造，層層疊加”的增材制造工藝，層與層之間的結合再緊密，也無法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄而成的零件相媲美，而零件材料的微觀組織和結構決定了零件的使用性能。

3、為什么3D打印技術只有到上世紀80年代末才開始出現商品化的設備？

3D打印技術的核心思想最早起源于美國。早在1892年，J.E.Blanther在其專利中曾建議用分層制造法構成三維地形圖。1902年，CarloBaese的專利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。1904年，Perera提出了在硬紙板上切割輪廓線，然后將這些硬紙板粘結成三維地形圖的方法（如圖12所示）。20世紀50年代之后，出現了上百個有關3D打印的專利。

圖12  采用3D打印制造三維地形圖

現代3D打印技術的出現，起源于二十世紀八十年代中后期。此后，3D打印技術有了根本性的發(fā)展，出現了更多的專利。如：1986年Hull發(fā)明了立體光固化成型（SLA，StereoLithography Appearance），1988年Feygin發(fā)明了分層物體制造，1989年Deckard發(fā)明了粉末材料選擇性激光燒結技術（SLS,Selective Laser Sintering），1992年Crump發(fā)明了熔融沉積成型技術（FDM，FusedDepositionModeling），1993年Sachs在麻省理工大學發(fā)明了3D打印技術等。

隨著各類3D打印專利技術的不斷發(fā)明，其相應的生產設備也被相繼研發(fā)而出。如：1988年，美國的3DSystems公司根據Hull的專利，生產出了世界上第一臺現代3D打印設備——SLA-250（立體光固化成型機），開創(chuàng)了3D打印技術發(fā)展的新紀元。在此后的多年中，3D打印技術蓬勃發(fā)展，涌現出了十余種新工藝及相應的3D打印設備。

那么，為什么3D打印技術只有到上世紀80年代末才開始出現商品化的設備呢？本文作者認為，主要原因有兩點：

（1）與三維CAD軟件有關。由于3D打印技術采用分層制造的原理，因此，被制造零件的各層截面數據的來源是非常重要的。只有三維CAD軟件的成熟，才能輕松、方便、快捷、隨意地獲取被制造零件的任意截面的數據。因此，只有到了上世紀80年代末，成熟的三維CAD軟件為3D打印技術提供了數據保障。

（2）與相關材料有關。由于3D打印技術采用“分層制造，層層疊加”的制造原理，因此，3D打印材料的性能需滿足“制造每一層時的材料結合效果、層與層之間的材料結合效果”較好的要求，并與其打印成型工藝相適應。

4、為什么說材料是3D打印技術的核心？

3D打印技術是一種跨學科的交叉技術，打印材料是該技術的核心。一種材料的出現，直接決定了其三維打印的成型工藝、設備結構、成型件的性能等。從1988年的立體光固化成型（SLA）技術的出現到當今的三維打印成型，都是由于某一種新材料的出現而引起的，如：液態(tài)光敏樹脂決定了SLA工藝與設備，薄層材料決定了LOM工藝與設備，絲狀材料決定了FDM工藝與設備等。由于材料在物理形態(tài)、化學性能等方面存在差別，才形成了今天3D打印材料的多品種和3D打印的不同成型方法。

3D打印技術在這幾十年的發(fā)展中，新材料是3D打印技術的重要推動力。全世界從事3D打印技術的公司和大學等都在積極地研發(fā)用途更為廣泛、打印成型更為簡便的新材料。

4.1 3D打印材料分類

（1）按材料的化學性能分類

目前，3D打印涉及的成型材料主要有四大類：
1）高分子材料，如液態(tài)光敏樹脂材料、塑料（ABS、尼龍、PLA等）絲料或粉料或片材等；
2）無機材料，如石蠟、石膏粉末、陶瓷粉末、砂等；
3）金屬材料，如合金金屬粉末、金屬薄板料等；
4）生物醫(yī)學材料、復合材料等。

（2）按材料的物理狀態(tài)及形狀分類
目前，3D打印涉及的成型材料主要有四大類：
1）液態(tài)材料：如光敏樹脂等；
2）固態(tài)粉末材料：非金屬粉，如蠟粉，塑料粉，覆膜陶瓷粉等；金屬粉，如不銹鋼粉，鈦金屬粉等；
3）固態(tài)薄片材料：如紙、塑料、金屬等；
4）固態(tài)絲狀材料，如蠟絲、ABS絲料、PLA絲料等。
圖13所示為幾種常用的3D打印材料。

（a）塑料粉（b）金屬粉（c）絲材

圖13 幾種常用的3D打印材料

4.2 3D打印材料的基本性能

（1）3D打印對材料性能的一般要求
1）有利于快速、精確地打印成型原型零件；
2）打印成型的制件應當接近最終性能要求；
3）應盡量滿足對強度、剛度、耐潮濕性、熱穩(wěn)定性能等要求；
4）應該有利于后續(xù)處理工藝。

（2）不同應用目標對材料性能的要求
3D打印成型件的四個應用目標是：概念型零件、測試型零件、模具型零件和功能型零件。應用目標不同，對成型材料的要求也不同。
1）概念型零件。對材料成型精度和物理化學特性要求不高，主要要求成型速度快。
2）測試型零件。對于成型后的強度、剛度、耐溫性、抗蝕性能等有一定要求，以滿足測試要求。如果用于裝配測試，則要求成型件有一定的精度要求。
3）模具型零件。要求材料適應具體模具制造要求，如強度、硬度等。
4）功能型零件。要求材料具有一定的力學和化學性能，使打印成型件具有一定的服役特性，從而滿足正常的工程使用要求。

5、為什么說3D打印不能用于批量化生產？

3D打印技術對傳統(tǒng)制造技術的替代作用不強。雖然在部分產品的小批量生產和模具生產上頗有優(yōu)勢，但在大批量生產（如圖14所示）上，3D打印的速度和成本都比不過傳統(tǒng)制造方式。

圖14  注塑車間的大批量生產

另外，3D打印材料品種的單一和昂貴的成本，使其局限于對價格敏感度不高的產品，市場應用領域有限。

當然，不可否認3D打印技術的魅力：不需要復雜的工藝，不需要龐大的機床，不需要眾多的人力，能直接從計算機的三維圖形數據生成實物零件，使生產制造得以向更廣的人群延伸。因此，可以樂觀地預測，“只要有合適的材料，3D打印機將來不是要取代某一個制造業(yè)，而是要取代所有的制造業(yè)�！�

但是，相比于傳統(tǒng)制造工藝，3D打印效率還是很低，成本依然很高。并且，打印效率與打印質量也呈現負相關關系。如果需要非常高的打印精度，打印速度就會變慢，效率則會很低�；�于這樣的打印特征，3D打印只能用于單件、個性化產品的生產，不能用于大批量（如圖14所示）產品的生產。如果是工業(yè)企業(yè)的大規(guī)�；�生產，一定是選擇性價比最高的模具化生產。

對于3D打印，爭議比較多的是，它是否會引起生產模式的變化？譬如，一件復雜產品的設計變成了計算機的三維數據模型，工藝由打印機完成，普通大眾不用學習傳統(tǒng)的復雜制造工藝，只需要操作計算機就可以生產出實物產品，這樣，大工廠的流水線生產模式可能又回歸到原始的家庭作坊。對此，有專家指出，3D打印可以生產的產品實際上還是受限制的，達不到大規(guī)模生產的地步，后者仍需要通過傳統(tǒng)的集中生產來進行。但是，對一些使用比較少的部件或零件，3D打印應該是一個比較好的方式。因此，3D打印所起到的作用，更多的是個性化生產（如圖15所示），而不是大規(guī)模制造。千萬不要有3D打印的出現，就有否定傳統(tǒng)制造工藝的想法。對于大規(guī)模制造而言，鑄造、鍛造、模具成型都不可替代。成本上競爭不過，質量上、穩(wěn)定性上更不用說。所以在現階段，3D打印是在某些特定情況下使用，不能用于批量化生產。

圖15  采用3D打印技術生產的個性化產品

6、為什么說3D打印不能替代傳統(tǒng)的制造工藝？

通常，制造業(yè)特別是金屬制造業(yè)采用的是減法工藝，即通過車、銑、刨、磨、鉆等金屬切削工藝對被加工件進行減材制造（如圖16所示），而3D打印則采用的是加法工藝，即通過不斷地進行材料的有序堆積，最終加工出成品，因此，3D打印也被稱為增材制造。而3D打印與傳統(tǒng)加工工藝的差別也就體現在這“增減”上。

圖16 傳統(tǒng)的制造工藝

3D打印的特有優(yōu)勢也體現在這加法工藝上。譬如說，幾乎可以百分之百地利用原材料，制造出傳統(tǒng)工藝無法實現的特殊結構的產品，因而節(jié)省開模費用，在小批量生產上具有成本優(yōu)勢，在新產品研發(fā)過程中可以快速制造原型件或樣品，可以實現分布式制造等。的確，3D打印技術的這些優(yōu)異特點無疑是傳統(tǒng)制造工藝難以實現的。如果一臺3D打印機具備這些特點，無疑將會對傳統(tǒng)的制造工藝帶來強勁的沖擊，甚至顛覆性的變化。

但是，迄今為止，人們常常規(guī)避3D打印在規(guī)模制造中的經濟性這一關鍵指標。譬如說，制作飛機舷窗樣件，3D打印的成本是傳統(tǒng)開模成本的十分之一，同時省去很長的開模時間。但是，飛機高昂的研發(fā)成本是靠批量攤薄的，這個數字應該遠遠不止十架，傳統(tǒng)加工方式的優(yōu)勢就顯現出來。再譬如，飲譽二戰(zhàn)的遠洋貨輪“自由輪”，戰(zhàn)時共制造了2751艘，隨著工藝和管理水平的提升，“自由輪”的建造時間從最初的244天，縮短到平均42天，最快記錄是4天15小時30分鐘，這是大規(guī)模工業(yè)化制造的經典之作。

同時，我們還應該注意的是，3D打印設備與工藝的緊耦合現象，即3D打印設備很難做成通用設備。這在塑料熔融沉積成型工藝中比較突出，要根據不同的打印原料更換相應的打印頭，甚至是打印機。這種非通用的特點，削弱了3D打印的分布式制造色彩，畢竟，并不是所有3D打印的支持者都有經濟實力來購置多臺3D打印設備的。如果3D打印不能在足夠多的制造領域替代傳統(tǒng)的制造工藝，那么，就要慎言3D打印技術將顛覆整個傳統(tǒng)制造業(yè)了。

事實上，既然3D打印無法完全替代傳統(tǒng)制造工藝，那么，從產業(yè)高度看，傳統(tǒng)制造技術和3D打印技術就應該是互補技術，只不過在不同的制造領域或者不同的產品制造上，兩者在產品制造過程中工藝占比不同罷了。

7、為什么說3D打印技術不能替代傳統(tǒng)的制造產業(yè)？

在傳統(tǒng)制造業(yè)領域，開模是一件非常令人頭疼的事情，耗時長、難度大、成本高。而3D打印技術的優(yōu)勢恰恰體現在產品設計（模型設計）方面。凡是能夠設計出來的任何復雜的個性化產品，都能夠通過3D打印技術把模型樣件打印出來，甚至直接生產制造出產品。

3D打印技術雖然能夠打印出我們所需要的多種產品，但是從成本核算、材料約束、生產效率、工藝水平、產品性能等多方面因素綜合比較來看，3D打印并不能夠替代傳統(tǒng)的生產方式。

3D打印的核心意義體現在兩個方面：

一是傳統(tǒng)生產方式不能生產制造的個性化、復雜、高難度產品，通過3D打印技術都能夠直接制造；

二是雖然傳統(tǒng)方式能夠生產制造，但是投入成本太高，周期太長，通過3D打印技術可以實現快捷、方便、縮短周期、降低成本的目的。
3D打印能夠解決傳統(tǒng)技術所不能解決的技術難題，對傳統(tǒng)制造業(yè)的轉型升級和結構性調整將起到積極的作用（如圖17所示）。

圖17 3D打印通過與鑄造技術相結合，快速鑄造出發(fā)動機的部件

但是，傳統(tǒng)制造業(yè)所擅長的批量化、規(guī)模化、精益化生產，恰恰是3D打印技術的短腿。同時，3D打印技術在原材料、精密度、工藝穩(wěn)定性等諸多方面還面臨著瓶頸。因此，3D打印技術將替代傳統(tǒng)制造業(yè)并不現實，一是成本并不劃算，達不到規(guī)模化的要求；二是3D打印也不可能使工廠徹底告別車床、鉆頭、沖壓機、制模機等傳統(tǒng)工具。3D打印技術作為傳統(tǒng)生產方式的一次重大變革，是傳統(tǒng)生產方式有益的補充。

宣揚“3D打印技術將完全取代傳統(tǒng)制造業(yè)”這種觀點是一種嚴重的誤導，既不科學，也不符合實際，是不可能做到的。關鍵原因在于，我們生產生活中所需要的任何商品都具有功能性，而任何功能性的商品都是由不同的材料制造而成的。我們生產生活中需要很多種類的商品，但是，我們每一個家庭不可能都成為工廠，去采購許多種材料。如果我們需要的任何東西都靠自己打印制造，首先是成本將大大超過商場中購買的同類商品；其次，傳統(tǒng)制造業(yè)經過數千年的發(fā)展，在生產工藝等方面都比3D打印技術更為成熟。

8、為什么說3D打印只是增材制造技術的一個分支？

增材制造（AdditiveManufacturing，簡稱AM）技術是采用材料逐漸累加的方法制造實物零件的技術，相對于傳統(tǒng)的材料去除加工技術，是一種“加法”的制造方法。

近二十多年來，AM技術取得了快速的發(fā)展，“快速原型制造（RapidPrototyping）”、“3D打印（3DPrinting）”、“實體自由制造（SolidFree-formFabrication）”之類各異的叫法分別從不同側面表達了這一技術的特點。
快速成型（RapidPrototyping，簡稱RP），誕生于20世紀80年代中后期，是一種基于材料堆積的新型成型技術，被認為是近20多年來制造領域的一個重大成果。它可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑�型或直接制造零件，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現手段。

目前，國內傳媒及專家學者習慣把快速成型技術叫做“3D打印”或者“三維打印”，顯得比較生動形象，但實際上，“3D打印”或者“三維打印”只是快速成型的一個分支，只能代表部分快速成型工藝（如圖18所示）。

圖18  增材制造的范圍圖

美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）F42國際委員會對增材制造和3D打印有明確的概念定義：增材制造是依據三維CAD數據將材料連接制作物體的過程，相對于減法制造，它通常是逐層累加過程。3D打印是指采用打印頭、噴嘴或其他打印技術沉積材料來制造物體的技術，3D打印也常用來表示“增材制造”技術，在特指設備時，3D打印是指相對價格或總體功能低端的增材制造設備。
從廣義的原理來看，以設計數據為基礎，將材料（包括液體、粉材、線材或塊材等）自動化地累加起來成為實體結構的制造方法，都可視為增材制造技術。

9、為什么說3D打印技術的服務市場有限？

整個增材制造市場，可按價值鏈劃分為設備、材料和服務三個大類。
2012年，設備市場6.2億美元，占比并不大，約占市場容量的28%，包括設備硬件、軟件、系統(tǒng)更新、售后支持等；材料市場4.2億美元，占19%；服務市場則占54%，主要來自服務供應商利用設備進行材料加工的零部件收入。

據有關數據顯示，圖19為各國3D打印設備產業(yè)及安裝統(tǒng)計數據。2012年，中國3D打印產業(yè)實現產值3億元左右，全球約100億元。中國3D打印技術產業(yè)聯(lián)盟透露，2013年中國3D打印產業(yè)產值突破10億元，未來中國將成為全球最大的3D打印技術市場。

圖19  各國3D打印設備產業(yè)及安裝統(tǒng)計數據（1988~2012年）

實際上，3D打印市場曾長期面臨容量有限的狀況，全球總產值曾長期徘徊在10億美元左右。據沃勒斯同仁公司的推測，到2019年，全球3D打印產品和服務的收入將達69億美元，其中零部件制造業(yè)務預計將占80%。從這個角度來說，3D打印產業(yè)的發(fā)展還有一段很長的路要走。

3D打印可以在比較短的時間內制造一個實物樣件出來，其效率是高于傳統(tǒng)工業(yè)加工手段的，因此它適合小批量制造或是產品原型的快速開發(fā)。從成本曲線來看，除去設計成本，其生產成本接近于水平線。傳統(tǒng)制造手段前期投入很大，但其成本會隨著產量的增加而迅速攤平，因此成本曲線左高右低。這種簡單的現實決定了3D打印和傳統(tǒng)制造有各自的價格優(yōu)勢區(qū)。只有在生產數量低于一定限度的情況下，3D打印才有成本和時間優(yōu)勢可言，這也就是它的商業(yè)價值所在。

目前，國內市場購買3D打印機的主要群體主要集中在工業(yè)客戶上，如商業(yè)交通工具、航空航天、電子消費品、教育、文創(chuàng)、醫(yī)療、制鞋、家電等行業(yè)，如圖20所示。

圖20  3D打印的應用領域及其份額

3D打印機的定位一直是研發(fā)設備，應用在新產品開發(fā)的前端，用來做手板模型。因此，現在市場上超過90%的裝機客戶都是工業(yè)（商用）客戶。民用客戶（個人3D打印機客戶、家庭3D打印機客戶）的數量雖然在遞增，但是裝機量還是非常少。
另外，由于三維打印材料和固有工藝原理的限制，打印出來的零件的性能非常受限，尤其是其精度、力學性能等還不能完全滿足功能件的要求，因此，三維打印技術的服務市場還是有限的。如三維打印金屬零件，如果這個金屬零件是常規(guī)的工程零件（如齒輪、曲軸、手柄等），可用傳統(tǒng)的制造工藝加工出來，那么用三維打印制造這個金屬零件，無論從原材料成本、加工成本、生產效率、零件精度、零件性能等方面都沒有優(yōu)勢，因此，三維打印金屬零件需找準其服務市場定位（如航空航天工業(yè)用的金屬零件、醫(yī)療器械類金屬零件、軍工類金屬零件等），才具有一定的實際生產意義和生產效益。

10、為什么3D打印技術又出現新的一輪火熱？

早在二三十年前，3D打印技術就已經能用樹脂、塑料、石膏等材料制作三維產品了。近幾年，由于3D打印可處理的材料范圍擴大到了金屬材料和生物醫(yī)學材料，而且成功地將幾十年前就有的工藝技術重新組合利用，例如結合信息技術，使用激光和電子束進行表面工程和增材制造。此外，由于激光、振鏡、熱噴頭和電子槍等關鍵元器件品質不斷提高等原因，使得3D打印技術更加成熟。而在2012年，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布實施振興美國制造的新舉動，成立了3D打印創(chuàng)新研究院，同時奧巴馬政府將3D打印技術作為其重振美國制造業(yè)的重要支撐技術之一。

趕著這股熱潮，在中國，3D打印改變過去“政府不疼，市場不愛”的萎靡態(tài)勢，一下子躍為政府、產業(yè)界、學界、資本市場等各方的心頭愛。人們開始相信，“小批量與個性化”代表著迅速積累的財富、不可思議的傳奇和摧枯拉朽的顛覆。樂觀者表示，未來我們的模具制造行業(yè)、機床行業(yè)、玩具行業(yè)、輕工產品行業(yè)或許都可能被淘汰，而取代他們的就是3D打印機，致使3D打印技術又出現新的一輪火熱。

11、為什么說有人稱3D打印技術能帶來“第三次工業(yè)革命”？

3D打印是對傳統(tǒng)制造業(yè)的一種顛覆性變革，有人甚至將3D打印機看成是第三次工業(yè)革命的影子，與蒸汽機和電力相提并論，如圖21所示。

圖21  三次工業(yè)革命

很顯然，與傳統(tǒng)制造相比，3D打印的制作工序、個性化需求及人力成本具有顛覆性變革意義。從操作工序上來說，傳統(tǒng)的制造工藝是對原材料進行剪裁、拼接后連接而成，而3D打印是通過軟件設計，一層一層堆積材料把產品做出來。3D打印通過將材料層層堆積的方法直接制造復雜的塑料制品、金屬零件和合金元件等，而不是像以前那樣對材料進行切割、鍛打和彎曲等工藝，不再需要工序麻煩地制作很多不同的元件，然后再去組裝它，可以不用傳統(tǒng)的大規(guī)模機床來制造小型的零部件。

從制造模式來說，過去是生產線規(guī)�；�生產，今后則可能更多的是個性化的定制生產，產品上市時間縮短，同時不再需要庫存大量的零部件，也不需要大量生產。

3D打印適應越來越苛刻的個性化消費需求。傳統(tǒng)的大批量制造生產幾乎能夠提供任何人們最基本的吃穿住行玩等消費產品，但是這些產品都是標準化的，比較千篇一律，在個性化方面已經無法滿足人們日益增長的需求。而手工生產的個性化東西雖然地道，品質精良，內涵豐富，但是手工制造耗時巨大；而3D打印技術既可以滿足人們對個性化產品的追求欲望（如市面上買不到某件產品，3D打印機或許可以滿足你的心愿），還可以大大提高產品的生產效率。

從生產成本來說，3D打印無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機的三維圖形自動生成實物零件，從而極大地縮短了產品的研制周期，大幅減少了材料的浪費，提高了生產效率，降低了生產成本；它還可以制造出傳統(tǒng)生產技術無法制造的、形狀結構極其復雜的零件。另外，3D打印極大地解放了勞動力，一個技術工人可以看管數臺打印機，就像紡織工人看管織布機一樣，可以節(jié)省大量的勞動力，而勞動效率卻有數倍甚至數十倍的提高。

正因為具備上述特點，3D打印被認為是先進制造技術和生產方式變革的產物。
眼下，智能軟件、新材料、機器人、新制造方法（例如3D打�。┘盎�于網絡的商業(yè)服務模式這五大要素，正共同推動制造業(yè)向數字化方向發(fā)展，我們即將迎來第三次工業(yè)革命。

正因為如此，美國政府捷足先登，將3D打印攬入懷中，試圖成為新一輪工業(yè)革命的領導者，繼續(xù)占據全球工業(yè)的制高點。

12、3D打印技術的關鍵技術及瓶頸是什么？

12.1 3D打印技術的關鍵技術

3D打印技術的關鍵技術需要依托多個學科領域的尖端技術，主要包括以下方面：

（1）材料科學。即用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化等，在打印完成后又能重新結合起來，并具有合格的精度（如尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度等）、物理性能和化學性質。3D打印完成后零件的性能是由其材料的微觀組織和結構決定的，因此，材料是3D打印技術的關鍵與核心。

（2）信息技術。即要有先進的設計軟件及數字化工具，輔助設計人員制作出產品的三維數字模型，并根據模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向；為三維打印設備提供一切所需的打印處理數據，如彩色信息、分層截面信息等，并具有一定的處理速度和精度。

（3）精密機械及元器件。3D打印技術以“每層的疊加”為加工方式，產品的生產要求高精度，必須對打印設備的精準程度、穩(wěn)定性有較高的要求；另外，對組成三維打印設備的關鍵零部件和元器件的精度、速度、使用壽命和可靠性提出了更高的要求。

客觀地說，目前3D打印技術尚不成熟，作為一項多學科交叉的高新技術，還需要在各個相關領域投入較大的研發(fā)力量，才能掌握完整的核心技術。

12.2 3D打印機的發(fā)展瓶頸

（1）價格因素

大多數桌面級3D打印機的售價在1萬元人民幣左右，近來，一些國內的桌面級3D打印機的售價可以低到3000多元。對于桌面級3D打印機來說，由于僅能打印塑料產品，因此，其使用范圍非常有限，而且對于家庭用戶來說，3D打印機的使用成本仍然很高，因為在打印一個物品之前，人們必須會懂得3D建模，然后將數據轉換成3D打印機能夠讀取的格式，最后再進行打印。

對于工業(yè)級的3D打印機，其售價還是偏高，并且打印出來的零件，其精度、物理性能和化學性能等方面與真實功能零件還是具有一定的差距。

（2）原材料

3D打印不是一項高深艱難的技術，它與普通打印的區(qū)別就在于打印材料。
以色列的Object是掌握最多打印材料的公司，它已經可以使用10多種基本材料，并在此基礎上混搭出100多種材料。但是，這些材料的種類與人們生活的大千世界里的材料相比，還相差甚遠。不僅如此，這些材料的價格，便宜的一公斤幾百元，最貴的要四萬元左右。

另外，對于金屬3D打印和生物醫(yī)療類3D打印，目前能用的原材料的種類就更少了，并且這幾種原材料的價格也是比較貴的。

（3）社會風險成本

如同核反應既能發(fā)電，又能破壞一樣。3D打印技術在初期就讓人們看到了一系列隱憂，而未來的發(fā)展也會令不少人擔心。如果什么都能徹底復制，想到什么就能制造出什么，聽上去很美的同時，也著實讓人恐懼。

（4）3D打印存在的悖論

3D打印是采用一層層來制作物品，如果想把物品制作得更精細，則需要每層厚度減��；如果想提高打印速度，則需要增加層厚；而這些勢必都會影響產品的精度與質量。若生產同樣精度的產品，3D打印同傳統(tǒng)的大規(guī)模工業(yè)生產相比，沒有成本上的優(yōu)勢，尤其是考慮到時間成本和規(guī)模成本之后。

（5）整個行業(yè)沒有標準，難以形成產業(yè)鏈

現在，3D打印機生產廠商是百花齊放，如戰(zhàn)國時代。3D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，畢竟普通打印機也走這一模式，但3D打印機生產廠商所用的原料一致性太差，從形式到內容千差萬別，這讓材料生產廠商很難進入，研發(fā)成本和供貨風險都很大，難以形成產業(yè)鏈。表面上，是3D打印機捆綁了3D打印材料，而事實上，卻是材料捆綁了打印機，非常不利于降低成本和抵抗風險。

（6）意料之外的工序

它是指3D打印前所需的前處理工序和打印完成之后的后處理工序。

很多人可能以為，3D打印就是在計算機上設計一個模型，不管這個模型有多復雜的表面和結構，只要按一下按鈕，3D打印機就能打印出一個實物成品，其實這個印象是不正確的。真正設計一個三維CAD模型，特別是一個復雜的模型，需要大量的工程、結構方面的知識，需要精細的技巧，并根據具體情況進行調整，譬如塑料的熔融沉積成型打印，如果在一個復雜部件內部沒有設計合理的支撐結構，則打印出的零件很可能是會變形的。因此，前處理工序應包括：三維CAD模型的準備、打印成型方向的選擇、成型工藝參數的確定等。

另外，3D打印完成之后的后處理工序通常也是避免不了的。媒體將3D打印描述成打印完畢后零件就能直接使用的神器，可事實上，打印完成后還需要一些后處理工藝，如：去除支撐、燒結、組裝、切割、表面打磨、拋光、噴涂等，這些后處理工藝通常需要大量的手工工作和處理時間。

13、3D打印技術的發(fā)展方向及趨勢是什么？

隨著智能制造的進一步發(fā)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打印技術的發(fā)展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。

3D打印機將呈現四個方面的發(fā)展趨勢：

（1）3D打印材料更加多樣化

隨著先進材料的不斷發(fā)展，智能材料、納米材料、新型聚合材料、合成生物材料等將成為3D打印材料。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，特別是能夠直接打印金屬功能零件的各種金屬材料，是今后研究與應用的又一個熱點。

（2）3D打印速度、效率和質量將不斷提升

隨著開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，3D打印速度和效率有望獲得更大提升。隨著對3D打印材料和打印工藝的深入研究，將大大提升3D打印零件的質量（包括精度、表面質量、物理力學性能和化學性能等），以實現直接面向真實產品的制造。

（3）3D打印機價格大幅下降

一些較小規(guī)模的3D打印機制造廠商已經開始推出一萬美元以下的3D打印機。隨著3D打印技術的不斷進步及推廣應用，3D打印機的價格有望大幅下降。目前，在國內，一些桌面型的3D打印機，其價格已經降到只有3000多元人民幣了。而工業(yè)級的3D打印機，由于其3D打印精度高、打印尺寸比較大，故其價格仍然比較高。

（4）3D打印機應用領域更加廣泛

3D打印機的體積小型化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應分布式生產、設計與制造一體化的需求以及家庭日常應用的需求。軟件集成化，實現CAD/CAPP/RP的一體化，使設計軟件和生產控制軟件能夠無縫對接，實現設計者直接聯(lián)網控制的遠程在線制造。

3D打印機誕生后，早期主要用于機械、模具、工藝品、航空航天、醫(yī)療、建筑等行業(yè)的模型制作。隨著3D打印技術進一步走向成熟，3D打印機已開始用來制造汽車、飛機等高科技含量零部件，以及皮膚、骨骼等生物活體組織。積極拓展3D打印技術在生物醫(yī)學、機械模具（直接打印金屬功能零件）、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領域的創(chuàng)造性應用。有專家預計，在不久的將來，從鞋、眼鏡到廚房用具、汽車等各種產品都可以用3D打印機生產出來。

14、3D打印技術的真實市場定位是什么？

3D打印誕生近三十年了，但產業(yè)化遠未形成。雖然3D打印的名氣很大，但到今天仍然處于科普階段。

3D打印技術作為一項前沿性、先導性很強的技術，主要是滿足個性化、定制化、復雜、高難度產品的需求（如圖22所示），并不具有批量化、規(guī)�；�的優(yōu)勢。目前，3D打印技術主要應用于：產品原型（樣件）、模具制造以及藝術創(chuàng)作、珠寶制作、生物醫(yī)療模型與假體等領域。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學、建筑、服裝等領域，3D打印技術的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。

圖22  3D打印個性化、定制化的產品

但3D打印技術要進一步擴展其產業(yè)應用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)，具體包括：

（1）成本方面�，F有3D打印機造價仍普遍較貴，尤其是工業(yè)級的3D打印機，價格昂貴，給其進一步普及應用帶來了一些困難。另外，3D打印零件的成本也較貴，不利于市場推廣。

（2）打印材料方面。目前3D打印材料的種類有限，品種不多，供使用者選擇的局限性較大，且打印出來的零件的精度、物理性能等還不能完全滿足客戶的要求，而且在使用安全方面也存在一定的隱患。

（3）精度、速度和效率方面。目前，3D打印零件的精度還不盡人意，打印效率還遠不能適應大規(guī)模生產的需求，而且受3D打印工作原理的限制，打印精度與打印速度之間存在嚴重的沖突。

（4）產業(yè)環(huán)境方面。3D打印技術的普及，將使產品更容易被復制和擴散，制造業(yè)面對的盜版風險大增，現有知識產權保護機制難以適應產業(yè)未來發(fā)展的需求。
3D打印技術目前正在進入概念炒作的高峰階段，其技術還有待充分成熟，主流市場也有待進一步培育。3D打印技術成熟到適應市場需求還將需要大概5~10年的時間。在這一較長的發(fā)展過程中，3D打印產業(yè)可能會面臨著一些技術和市場風險。

總之，從中長期來看，3D打印產業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產業(yè)距離成熟階段尚有一定的距離。因此，現階段，產業(yè)界對3D打印領域的投入應以“加強創(chuàng)新研發(fā)、技術引進和儲備”為主，尤其要重視自主知識產權的建設和維護，爭取在未來的市場競爭中占據有利地位。如果受到概念炒作的影響，在技術尚未充分完善的現階段就大規(guī)模投入產能擴張，則投資回報將面臨著一定的風險。

15、3D打印技術與傳統(tǒng)制造技術的關系是什么？

當前這個時代，3D打印，家喻戶曉，如火如荼，已無處不在，為我們開啟了無限的想象力。三維打印車子、房子、工業(yè)品或許僅僅是個開始，按3D打印技術原理來講，任何東西其實都是可以打印的。但業(yè)界也同時指出，它不會替代傳統(tǒng)制造業(yè)。

作為一項基礎性的制造技術，3D打印的確是一個顛覆性的技術，它具有很多傳統(tǒng)制造業(yè)所不具有的特點和優(yōu)勢，但只是解決傳統(tǒng)制造業(yè)解決不了的難題。與傳統(tǒng)制造業(yè)批量化的特點不同，目前，3D打印技術多應用于一條生產鏈上某個部分，還不是生產線上全面的應用，目前還是一個小眾的市場。所以，對大多數的傳統(tǒng)制造業(yè)來說，它帶來的是技術的改進和產業(yè)的提升。兩者的關系是互為補充，而不是誰替代誰。

3D打印技術作為一個新技術的發(fā)展，不能脫離已有的技術孤立地發(fā)展，與原有技術互相補充是基本的發(fā)展理念。

3D打印與傳統(tǒng)制造技術不是取代的關系，而是結合的關系。3D打印應與傳統(tǒng)制造技術相結合，反過來，傳統(tǒng)制造技術也要與3D打印相結合。3D打印仍是趨于成熟的新興技術，必須與傳統(tǒng)制造技術相結合，互相取長補短才會有光明的未來。


轉自：前沿數控技術 作者：劉斌