一、概念

（1）3D 打印

3D 打印技術(shù)（3D Printing）是快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping Manufacturing）的一種，它也被叫做增材制造（ additive manufacturing）。它的基本原理是，把一個(gè)通過(guò)設(shè)計(jì)或者掃描等方式做好的 3D 模型按照某一坐標(biāo)軸切成無(wú)限多個(gè)剖面，然后一層一層的打印出來(lái)并按原來(lái)的位置堆積到一起，形成一個(gè)實(shí)體的立體模型，聽起來(lái)跟高等數(shù)學(xué)中的積分有些類似。

說(shuō)到 3D 打印，又就不得不提3D打印機(jī)：3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種累積制造技術(shù)，通過(guò)打印一層層的粘合材料來(lái)制造三維的物體。現(xiàn)階段三維打印機(jī)被用來(lái)制造樣品。 2003 年以來(lái)三維打印機(jī)的銷售逐漸擴(kuò)大，價(jià)格也開始下降。

該技術(shù)可用于珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程和許多其他領(lǐng)域。

最早的 3D 打印出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)的 80 年代，價(jià)格極其昂貴且所能打印的產(chǎn)品數(shù)量也少得可憐。

過(guò)程原理：

3D 打印技術(shù)每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可 “刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。

3D 打印技術(shù)使用膠水和粉末都是經(jīng)過(guò)處理的特殊材料，不僅對(duì)固化反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)度以及“打印”分辨率都有直接影響。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

3D 打印技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需機(jī)械加工或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，三維打印技術(shù)還擁有如下優(yōu)勢(shì)：通過(guò)摒棄生產(chǎn)線而降低了成本，大幅減少了材料浪費(fèi)。而且，它還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無(wú)法制造出的外形，讓人們可以更有效地設(shè)計(jì)出飛機(jī)機(jī)翼或熱交換器。另外，在具有良好設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)過(guò)程的情況下，三維打印技術(shù)還可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)制造過(guò)程，快速有效又廉價(jià)地生產(chǎn)出單個(gè)物品。

另外，與機(jī)器制造出的零件相比，打印出來(lái)的產(chǎn)品的重量要輕 60％，并且同樣堅(jiān)固。

與之相對(duì)應(yīng)的兩種技術(shù)是切削和鑄塑，但相比這兩種技術(shù)，3D 打印技術(shù)有自己的優(yōu)勢(shì)，那就是不像切削那樣浪費(fèi)材料，也不像鑄塑那樣要求先制作模具。一次成型，快速個(gè)性化定制是它的重要特點(diǎn)，這在小批量，多品種的生產(chǎn)中占有非常大的優(yōu)勢(shì)。

（2）3D打印機(jī)（3D Printer）VS 傳統(tǒng)打印機(jī)

雖說(shuō)3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)是兩類產(chǎn)品，但他們的工作原理還是挺像的，你能在 3D 打印機(jī)上看到噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)的影子。可能他們之間最大的不同在于：①3D 打印與傳統(tǒng)打印機(jī)相比，它能利用的材料更豐富，從沙子、塑料、橡膠、尼龍到玻璃、鋼鐵，這些材料是不能被傳統(tǒng)打印機(jī)利用的；②傳統(tǒng)打印機(jī)用來(lái)打印平面圖形，是二維的，在打印過(guò)程中需要控制的是輸入的字和圖形在平面上的位置（橫縱軸，X/Y 坐標(biāo)），而 3D 打印機(jī)不光要控制一個(gè)點(diǎn)在平面上的位置，還要控制它在空間上的位置，或者說(shuō)，給它加個(gè) Z 坐標(biāo)，控制它的 X/Y/Z 坐標(biāo)，這樣才能把一個(gè)單位的材料放在一個(gè)指定的位置，形成一個(gè)立體模型。

二、3D 打印的歷史

1984 年，Ultra Violet Products 公司的 Charles Hull 開始研發(fā) 3D 打印技術(shù)，1986 年，他自立門戶，成立了現(xiàn)在的 3D 市場(chǎng)領(lǐng)軍者之一 3D Systems 公司（NYSE: DDD），并發(fā)布了第一款商用的 3D 打印機(jī)，2012 年 1 月，他們收購(gòu)了另外兩家 3D 打印公司 Zcorp 和Vidar Systems；

1988 年，Scott Crump 發(fā)明了 FDM（溶融沉積制模）技術(shù)，并與 1989 年成立了現(xiàn)在的另一家 3D 打印上市公司 Stratasys（NASDAQ:SSYS），最近，Stratasys 還收購(gòu)了以色列的 Objet公司。

1996 年，媒體第一次使用“3D打印”這個(gè)詞來(lái)稱呼當(dāng)時(shí)的快速成型機(jī)，后來(lái)取代了之前的稱謂，成就了現(xiàn)在流行的 3D 打印這個(gè)概念；

2008 年，開源 3D 打印項(xiàng)目 RepRap 發(fā)布“Darwin”，3D 打印機(jī)制造進(jìn)入新紀(jì)元；同年，Objet 推出 Connex 500，讓多材料 3D 打印成為可能。

如今，3D 打印已經(jīng)慢慢融入科研、生產(chǎn)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、醫(yī)療等領(lǐng)域，打印出了巧克力、血管、腎臟、飛機(jī)、自行車、汽車、玩具、房子、衣服等等產(chǎn)品，已經(jīng)開始慢慢改變我們的生活。

三、一些主流的技術(shù)手段

（1）選擇性激光燒結(jié)（Selective laser sintering，簡(jiǎn)稱SLS），這種技術(shù)得用的材料為熱塑性塑料，金屬粉末，陶瓷粉末等；
（2）直接金屬粉末激光燒結(jié)（Derect metal laser sintering，簡(jiǎn)稱DMLS），可以利用幾乎任何合金作為材料；
（3）熔積成型（Fused deposition modeling，簡(jiǎn)稱FDM），可利用熱塑性材料，金屬、可食用材料等進(jìn)行成型制造；
（4）薄材成型（Laminated object manufacturing，簡(jiǎn)稱LOM），舉個(gè)例子，把一張張的紙鋪上去累積而成的模型，當(dāng)然金屬膜，塑料膜也可以；
（5）光固化（Stereolithography，簡(jiǎn)稱SLA），可利用的材料是光敏樹脂等聚合物；
（6）熔絲制造（Fused Filament Fabrication，簡(jiǎn)稱FFF），利用PLA，ABS等材料；
（7）熔融擠壓成型（Melted and Extrusion modeling，簡(jiǎn)稱MEM），可以搞定一些金屬，塑料等；
（8）選擇性熱燒結(jié)（Selective heat melting，簡(jiǎn)稱SHS），可以把一些熱塑性的粉末變成三維立體模型；
（9）利用石膏的 3D 打印，好處是上色非常容易，可以打出彩色的模型等等。

四、3D 打印的未來(lái)

雖然 3D 打印技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了近 30 年，但它還仍然沒(méi)有真正像個(gè)人電腦那樣走進(jìn)千家萬(wàn)戶，成為我們生活的必需品。盡管最幾年 3D 打印相關(guān)的技術(shù)正在日新月異的變化著，但它似乎還離我們的期待有一定的距離。那我們不妨根據(jù)我們的需求來(lái)暢想一下未來(lái)的 3D 打印的發(fā)展方向。

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（1）材料越來(lái)越豐富

11 月，Objet 新推出的大型 3D 打印機(jī) Objet 1000 已經(jīng)支持打印 140 種材料，每次打印可同時(shí)利用其中的 14 種，相比初級(jí)的單頭單色單材料的 3D 打印機(jī)它已經(jīng)非常強(qiáng)大，但我們生活中用到的物品是多種多樣的，只有更豐富更實(shí)用的材料才能讓 3D 打印盡快的融入生產(chǎn)和生活。

（2）實(shí)用性越來(lái)越高

從簡(jiǎn)單的原型開發(fā)，到打印巧克力，到飛機(jī)上的鈦合金部件，3D 打印的成品已經(jīng)越來(lái)越實(shí)用，相信隨著未來(lái)材料、機(jī)械、電子等方面的進(jìn)步，3D 打印機(jī)很快發(fā)揮更大的作用。

（3）精度會(huì)越來(lái)越高同時(shí)速度更快

如果你把精度不高或者速度太慢當(dāng)作否定 3D 打印的觀點(diǎn)的話，我只能說(shuō)：每一種改變世界的技術(shù)都會(huì)經(jīng)歷同樣的階段，不管是火藥還是計(jì)算機(jī)。怕的是你發(fā)現(xiàn)不了問(wèn)題，沒(méi)辦法改進(jìn)它。現(xiàn)在既然我們知道它的缺點(diǎn)，工程師們就一定會(huì)解決掉這些問(wèn)題，這只是時(shí)間問(wèn)題。

（4）家庭化、個(gè)人化、價(jià)格下降

每個(gè)家庭都有一臺(tái)打印機(jī)，就像每個(gè)家庭都擁有電腦、手機(jī)一樣？這是有可能的。現(xiàn)在最便宜的打印機(jī)已經(jīng)賣到了 300 美元左右，甚至你還可以利用網(wǎng)絡(luò)上開源硬件的相關(guān)資料自己制作一臺(tái)。每個(gè)家庭都需要一臺(tái) 3D 打印機(jī)嗎？也許是的。隨著 3D 打印機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，能打印的東西越來(lái)越實(shí)用，越來(lái)越多，包括價(jià)格越來(lái)越便宜，相信很多人都會(huì)忍不住買一臺(tái)放家里，不管是制作裝飾藝術(shù)品還是一些簡(jiǎn)單實(shí)用的生活用具，它還是很有實(shí)用價(jià)值的。