摘要：近年来3D打印技术得到飞速发展，并且在社会生活的多个领域得到广泛应用。3D打印技术是一种高新的制造技术，对于工业发展起到革命性作用，此外3D技术也是实际制造业的发展前景所在。本文着重分析了3D打印技术的优势所在，并进一步分析了3D打印技术的发展前景。
关键词：3D打印技术；优势；发展前景
引言
近年来，随着以美国、德国为首的发达国家引领3D打印热潮，其他各国也逐步开始重视3D打印技术的发展，全球范围内呈现“3D打印热”3D打印技术作为具有前沿性、先导性的新兴技术，正在促使传统工业技术和传统生产工艺发生深刻变革。此外，3D打印技术能与计算机建模技术、机电控制技术、材料科学技术、有机高分子化学、激光技术等科学技术结合，促进第三次工业革命，所以，被《经济学人》专题报告评为促进第三次工业革命的核心技术之一。目前，3D打印技术在医学、航天科技、考古文物、制作业、建筑业等行业得到广泛应用。本文在介绍3D打印技术概念、工作原理、打印材料和发展优势的基础上，综合分析了3D打印技术的饿应用现状，并进一步阐述了3D技术发展的前景。
1、3D打印技术简介
3D打印技术是利用物理层的连续叠加，并应用相关材料实施逐层增加，最终生成三维实体的一种高新技术，3D打印与传统建筑技术具有显著差异，根据3D打印的实施过程可以将其简称为添加制造。3D打印是当前制造业先进科技的发展趋势，对于传统工业制造具有革命性意义。在实际应用过程中主要分为三大步骤，首先是在计算机上使用相关软件设计出需要打印的模型，其次利用相关的成型设备也就是3D打印机，使用各种材料实施打印过程，进而将所需产品制造出来。
3D打印技术具有高度的综合性与复杂性，不仅将计算机上的数字建模技术和机电控制技术进行有机结合，还将先进的信息技术、材料使用技术以及化学应用技术等进行吸纳应用，因此3D打印技术在实际应用过程中能够发挥出强大作用。3D打印机是3D打印技术的关键所在，3D打印机需要实现完美的控制，同时需要与计算机进行有效连接，进而将计算机上的模型转换为具体的实物，3D打印技术包含多个系统，具体来讲主要包括高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统。此外在3D打印过程中，使用的打印材料、打印的工艺以及计算机上的模型设计等都是3D打印技术不可缺少的有机组成部分。
2、3D打印技术的优势和存在的问题
3D打印技术是一种快速成型技术，它通过将材料层进行堆叠粘合来制造产品，属于增材制造。而传统制造业则一般需要利用多种设备对原材料进行切割、钻孔来实现零件成型，属于减材加工。与传统制造技术相比，3D打印技术具有明显的技术优势。也存在局限性。
2.1 优势
（1）制造形状复杂的产品及零件
对于传统制造而言，产品零件形状越复杂，其加工难度越大，相应的制造成本就越高。但对于3D打印技术而言．形状复杂的零件并不比简单的柱状或长方体零件消耗更多的时间和成本。这意味着3D打印技术将打破传统的产品定价模式，最终改变产品制造成本的计算方法。
（2）制造小批量、多品种的产品
传统加工制造设备功能较少，一个产品零件往往需要多台设备、多道工序才能完成其加工过程；零件品种的变化往往意味着工、量、夹等一系列辅具的变化调整，无形中加大了制造成本和难度。另外，工件越复杂，对操作者技能水平的要求也相应提高。而3D打印技术在加工小批量、多品种产品时，省去了操作者培训和购置新设备及辅具的成本，更换加工零件品种对3D打印机来说，只需要更换不同的数字设计文件和打印材料即可。
（3）对操作者技能要求低，产品质量稳定
传统加工设备需要操作者花费一定的时间学习才能正确掌握操作技能．包括设备调整和校准。而3D打印技术从设计文件里获得各种指令并进行工作，要求操作者掌握的操作技能水平要求很低，在极端情况下甚至可以说没有要求，一方面大大降低了人力成本，另一方面将操作者对产品质量带来的影响因素降到了最低。
（4）一体化生产，减少组装环节
3D打印技术能使零部件生产一体化成型，大量减少构成产品的零部件数量，既缩短了制造时间，节约了人力成本，又减少了采购及运输成本。
（5）减少材料浪费，材料利用率高
与传统的金属制造技术相比，3D打印技术由于采用的是增材制造方法，制造产品时废弃物较少。而传统加工方法属于减材制造，材料利用率低。
（6）节能环保，符合产业发展方向
由于加工方法的优势，3D打印技术在生产制造过程中产生的废气、液等有害物质及所需能耗明显低于传统加工设备。
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2.2 缺点和存在的问题
（1）精度
由于3D打印技术采用的是分层制造的方法，其成品存在“台阶效应”，即虽然每个层很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏差，特别是细长形物体，如管路以及薄壁体金属构件，对于精度要求很高的产品或零件需要后续进行打磨及精加工嘲。
（2）材料性能
受限于其成型原理，其产品零部件材料性能较差，强度、刚度、机械加工性等均不如传统加工方式。
（3）变形问题
在加工过程中，原材料因为多次反复受热．其最终成品应力非常复杂，导致大型构件很容易变形。
（4）设备及原材料成本
可用于原型制造和大型结构件直接制造的工业用高端机器其售价一般在20万--200万美元之间，价格高昂。
日前供3D打印机使用的廉价材料非常有限，主要是石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等．而市场最急需的金属材料价格又偏高，以电机外壳为例，打印其所需的金属粉末达到8万元／公斤。设备和原材料的价格居高不下在一定程度上阻碍了3D打印技术的发展。
（5）打印速度
受限于工作原理，目前3D打印机打印速度较慢，其技术指标远不能满足大批量生产的时间要求，批量生产经济性不高、进度控制难度较高。
（6）伦理和安全问题
随着3D打印技术的发展和进步．普通人在家里通过互联网下载枪械设计图并借助3D打印机制造已经成为现实。此外，可以克隆人体器官的3D打印技术在给医学界带来无限想象力的同时，也面临着伦理上引起大众质疑的困境。3D打印技术引发的安全风险和伦理质疑将越来越大，如何建立一套行之有效的监管机制来保证该技术不被犯罪分子和恐怖分子用来作恶，将对该技术的成长发展极为重要。
3、3D打印技术的发展前景
3D打印技术在国外的发展非常迅速，相关研究指出在2009年全球3D打印技术市场规模已经达到10亿美元，从2009年开始，全球范围内3d打印技术的增长保持每年20%以上，研究指出2012年全球范围内的3D打印技术市场份额已经达到22亿美元。2013年以来3d打印技术的发展呈现出爆发局面，其增速达到81%，而全球范围内的市场份额高达40亿美元。有研究指出，世界各国中主要以美国、日本和德国占据着3D打印技术的主要部分，其中尤其是美国所占比例最多，基本上达到全球份额的一半。
我国的3D打印技术虽然起步较晚，但是随着3D打印技术概念的出现，很快受到社会各界人员的广泛关注和追捧，而且随着时间推移3D打印技术在国内的热度不断上升。有研究指出，我国2012年的3D打印技术市场规模约为10亿元，2013年则达到20亿元。虽然我国的3D打印技术发展速度很快，但是目前从整体上来看我国的3D打印技术与国际先进国家如美国相比还存在较大差距，我国的3D打印技术依然处于起步阶段，这是因为我国的3D打印技术还停留在科学研究阶段，未能将其应用到实际工业生产过程中，也没有形成相关的3D打印技术生产规模。
随着3D打印技术的不断发展，以后3D打印主要呈现出以下几大趋势：首先，3D打印技术的进一步成熟，无论是打印速度还是打印效率都会得到大幅提升，进而有效满足实际生产的需求；其次，随着材料学的深入发展，3D打印技术所使用的材料也会根据市场需求不断优化，打印材料的种类将会不断丰富，而且各项性能得到进一步优化，同时其打印成本会进一步降低。此外，3D打印技术的打印设备会随着自身发展而不断优化，其价格和成本会不断降低，这些因素促使3D打印技术的应用范围得到有效扩展，并在具体的应用环节发挥出越来越重要的作用。可以想象，3D打印技术具有广阔的发展前景，而随着3D打印技术的有效应用，将会对社会生活的多个方面产生深刻影响。因此，为了促进3D打印技术的发展，政府部门需要从以下几个方面着手。
一是根据3D打印技术发展状况和实际情况制定对应的产业发展目标，从战略高度将3D打印技术进行科学规划，并将3D打印技术作为重点发展的战略性产业，在此基础上根据实际发展需要制定具体的发展规划和措施。二是政府部门要将各个部门进行有效整合，为3D打印技术的发展提供坚实的科研储备和资金支持，促使3D打印技术在发展过程中不断提高其发展水平和效率，努力追赶西方先进国家。三是政府部门需要不断完善3D打印技术的知识产权保护机制，通过立法充分保护3D打印技术知识产权拥有者的权益，并对某些复制抄袭行为进行严厉制裁，最终保证3D打印技术能够按照科学、健康的发展方向前进。
4、结语
3D打印技术的发展是意向终于的机遇与挑战，光是技术层面的发展是不够的，应有更长远的眼光，应在这些方面多做些努力，例如：推进技术创新、转变产业模式，只有这样才能使得3D打印技术更好地为新时代创新转型提供新的发展动力。
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论文作者:白崇庆
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
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