对3D打印技术的发展分析
摘要：传统的产品从设计到生产要经过漫长的周期,一些复杂的产品需要耗费大量的时间对原料进行加工和建造。而3D打印技术集产品设计和打印制造于一身，在短期内就能把结构复杂的产品生产出来。3D打印技术作为能源与信息结合的代表技术得到世界的高度重视。当前，我国正在进行产业升级和产业结构转型，3D打印技术被认为是实现高端制造业发展的重要手段之一。
关键词：3D打印技术；复杂的产品；高端制造业
引言：近年来，随着多数工业领域开始在工厂应用这项技术，3D打印技术的应用有了极大的发展。另外，3D打印技术还走进千家万户，服务于个人的需求。
一、3D打印的起源
3D打印的思想起源于19世纪末的美国，被称为快速成型技术或三维打印。3D打印机是一位名为恩里科•迪尼的发明家设计的一种神奇的打印机，是从上个世纪90年代开始研发的。3D打印技术在20世纪80年代开始才得到进一步的发展与推广，从最早的光固化工艺，发展到熔融沉积成型工艺、选择性激光烧结技术、三维印刷工艺等多种制作快速成型产品的工艺。
目前3D打印技术在我国的应用相对滞后，普及面还比较狭窄，但随着3D打印技术概念的不断深入推广以及材料设备的不断更新，运用3D打印技术的应用领域将会逐渐不断扩大，3D打印技术必将成为引导又一次工业革命的关键技术。
二、3D打印的应用
如今，3D打印在各个领域正扮演着越来越重要的角色。传统制造行业或者单一的制作流程不可能完成的产品，运用3D打印技术都能实现。它广泛应用于工程、建筑、医疗、汽车、太空、食品、人体器官、纳米印刷材料等领域。
1.工程
工程师往往需要制造其设计或者产品的原型。早先，制造原型的过程需要数周的时间以及大量的人力, 因为这个过程要求切削和刺穿纸张、木材以及其他材料。现在，有了3 D技术，设计师只要制作设计稿的3D图像，就可以用3D打印机制成原型了。
2.建筑
3D打印产品的大小是由3D打印机的尺寸决定的。也就是说3D打印机有多大，打印的成品就能有多大。2014年8月24日，上海，10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内交付使用，作为当地动迁工程的办公用房。这些“打印”出来的建筑墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，按照电脑设计的图纸和方案，经一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成，10幢小屋的建筑过程仅花费24小时。随着3D打印技术的不断成熟，用3D打印机打印房屋已离我们越来越近。
3.医疗
近年来，3D打印在医疗领域展现了非凡的身手，医学上，外科手术中经常出现这样“一触即发”的情况。有的时候情形很复杂，一个小错就足以让病人丧生。所以3D 打印技术的出现可谓一大福音。众多外科医生已经开始在实际手术之前在3D技术打造的病人身体上练习手术。这不仅可以提高医生的信心，还可以提高他们实际手术的成功率。
4.汽车
早在2013年9月，大众机械曾经发过一篇文章，一辆基本上100% 3D打印完成的汽车可以行驶100英里一加仑。这辆混合动力车辆由20个部件组成，车身为白色ABS。另外，亚利桑那州的Local Motors汽车公司，近期也已经通过3D打印生产出碳纤维复合材料汽车，并实现汽车的量产和销售，改变了整个汽车行业的发展。
5.太空领域
NASA之前将一台3D打印机送上空间站，方便宇航员们自己完成某些损坏或者老化零部件的更换。其中最奇妙的事情是，宇航员们只需接受来自地球的邮 件，将邮件里面的模型传到3D打印机，接下来就是坐等零件打印完成。截至目前， 宇航员们已经完成了14次成功打印。
6.食品
不要以为太空上就只能打印一些机器的零部件，现在，宇航员们在太空也能吃到新鲜的披萨了，当然这也是靠3D打印机来完成的。通常，一般的3D打印机只有一个材料盒，但是食物3D打印机会有多个材料盒，里面分别置放面团，奶酪和酱汁等。我们相信，宇航员们在太空吃着披萨的感觉肯定与众不同。
7.人体器官
如果你曾经也被梵高割耳创画所吓倒，那么现在你不用担心了。只需对人的耳朵进行扫描，接着创建CAD软件模具，然后交由3D打印机，3D打印耳朵就完成了。目前，骨骼、牙齿也可以通过3D打印。而且随着科技的发展，肾脏，血管和皮肤也会在不久的将来通过3D打印技术成功打印出来。
8.纳米印刷材料
3D打印机可以打印世界上最小的结构。运用3D打印技术可以移除纳米尺寸的材料，可以有效地防止货币、护照和无价艺术品的伪造。
9.其他方面的应用
3D打印给我们描绘了无限美好的前景，我们可以通过它复制丢失的零件、鞋、衣服、乐器，甚至可以用它来对损坏的文物进行修复。
三、3D打印的优势
1．制造复杂物品不增加成本
大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。三维打印技术不是这样的。在三维打印技术中，原材料只为生产所需要的产品，借用三维打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻盈。
2．原型制作，降低设计成本
3D打印技术在产品原型开发中大有用武之地。有了这项技术，设计师和工程师可以在巨资投入到工具和生产工艺上之前，以低成本打造原型测试设计方案是否可行。
3．不占空间、便携制造
三维打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作，桌面打印机可以打印出小物品，而且，人们可以将其放在办公室一角、商店甚至房子里。3D打印机可以突破空间的局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。
4．生产形式简单
3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。
5．材料无限组合
传统的机械制造过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多材料3D打印技术的发展，我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调种类繁多，具有独特的属性或功能。
四、3D打印的前景
3D打印业务在国外的发展势头十分迅猛，增速惊人。2009年至2012年全球3D打印增速保持在每年20%以上；2013年全球3D产业的发展更是突飞猛进，增速达到81.49%。其中，美国、日本、德国占据了3D打印市场的主导，尤其是美国占据了全球近40%的比重。
我国3D打印技术起步较晚，但是自3D概念一出，立即受到了热捧，3D打印技术近年来在国内日趋升温。据研究统计，2012年中国3D打印市场规模约为10亿元，2013年翻了一番达到20亿元。但是与美国、德国等发达国家相比，中国的3D打印产业仍处于起步阶段，国内3D打印应用仍主要停留在科研阶段，并未实现在工业及个人消费领域大规模推广。但是到2014年3D打印产业规模迅速上升至40亿元， 2016年国内3D打印市场规模达100亿元，约为2012年的十倍，并成为全球最大的3D打印市场。
结束语：
3D打印技术的应用范畴正在逐步扩大，并且这一趋势可能延续到未来。随着3D打印技术的不断成熟，以及材料的进步及成本降低，加上国家在政策上给予更多的支持，将成为推动3D打印产业发展的重要力量，进一步引爆中国的3D打印市场。
参考文献
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