许育明
广东峰华卓立科技股份有限公司
摘要：3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，已经成为各个研究领域研发必不可少的技术，并为生产制造带来了优越的便利性。
关键词：3D打印；3D打印技术；3D打印材料；3D打印应用
引言
增材制造具有制造周期短、易于复杂结构成型、节材节能等优势，因此，受到国内外广泛关注。近年来，增材制造已广泛应用于航空航天、医疗器械、电子消费品和工业机械等领域。3D打印材料是增材制造发展的基础，美国、日本、欧盟等发达经济体纷纷加大对3D打印材料研发的投入力度。
1国内研究现状
改革开放后，我国科学技术逐步与国际接轨，且紧跟发达国家脚步，但是工业水平相对有限，进而导致某些新型技术仍处在设计研发阶段。国内的一些知名大学与企业早在上世纪90年代就已经进入3D打印制造领域，且在该领域理论研究范围取得了长足的进步，但是由于资金及技术水平有限，应用推广范围还是较校针对该问题，目前国内主要通过生产、教育和研究一体化来推动3D打印技术的发展。清华大学依托其成熟的理论基础，在FDM类3D打印技术领域取得的较为明显的成果；华中科技大学则主要在大型3D打印机器制造及其工业化推广领域取得了较大的进步，并推出了相应的快速成型机及材料；中国科技大学的科研团队则将重心放在了机械电子内部微制造方面，并针对其加工条件及要求研制出一种八喷嘴组合3D打印喷射装置。可以说，中国在3D打印制造理论领域与欧美等发达国家处于同一起跑线上。然而，由于欧美等发达国家进入3D打印领域较早，已形成了较为完善的产业链。目前，国内的3D打印生产链主要是在中游的3D打印机生产及研发的补充领域开展研究，产业链上游和下游的发展仍需更多时间。因此，必须认真对待当前3D打印发展的问题，否则中国在3D打印领域内的发展将落后于欧美等发达国家。目前，国内市场上销售和使用的大部分3D打印原料均由国外进口，外商投资生产，这些材料由于成本较高，导致价格昂贵。因此，目前，在3D打印快速成型制造领域，多功能材料的开发和制备是提升3D打印技术的关键。只有研发出高性能的材料并提出成本解决方案，才能更好地促进国内3D打印技术的发展。
23D打印材料产业发展现状
2.1高分子材料产业发展较为成熟
以工程塑料为代表的高分子材料具有良好的热塑性和热流动性，以及快速冷却粘接性好等优点，并且可以在一定条件（如光照）下快速固化，因此在增材制造市场得到广泛应用和快速发展。高分子材料已成为最为成熟的打印材料，用量占比超过80%。现在使用最为广泛的有机高分子材料包括工程塑料和光敏树脂。工程塑料是市场上应用范围最广的3D打印材料，用量占比超过总量的50%。增材制造用工程塑料种类较多，包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、弹性塑料（EP）、聚乳酸（PLA）和聚酰胺（PA）等。目前工程塑料类材料主要生产商包括：美国的斯特塔西（Stratasys）公司和3DSystems公司。光敏树脂是一种在原料状态下为稳定液态的打印材料，可以应用于电子消费品、艺术品等领域。能够进入实用商业化的光敏树脂主要包括不饱和聚酯和环氧丙烯酸酯等。光敏树脂材料主要有以下4大系列：美国温太克（Vantico）公司的SL系列，3DSystems公司的ACCURA系列，杜邦(DSM)公司的SOMOS系列，以及瑞士汽巴（Ciba）公司的CibatoolSL系列。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2金属材料产业快速发展成为必然趋势
金属3D打印材料产业在近几年快速发展，目前，Ti-6Al-4V合金、Inconel718（镍基高温合金）、Inconel625（镍基高温合金）和316L不锈钢等金属材料的研究比较成熟。瑞典的Arcam公司、Hoganas公司，德国的EOS公司以及英国的LPW均已对3D打印金属粉末材料进行商品化生产，并处于国际领先地位。工业级的金属增材制造技术已经成为了业内普遍关注的焦点，近半数服务商已经开始提供金属3D打印服务。根据2018年Wohlers的报告，2017年全球共售出1768套金属打印设备，比2016年增长了将近80%。在打印材料消费领域，由于金属打印材料在工业制造业及国防领域的广泛应用而得到高度关注。目前3D打印金属材料制备零部件已被欧美发达国家作为研究和应用的重点，同时相关企业与研究机构积极研制打印金属材料的新型制备方法，来降低金属增材制造的成本。因此，金属材料的研发与市场推广将会在未来工业领域中获得较快发展，预计到2022年，金属材料市场份额比重将会超过50%。
3我国3D打印材料产业发展
3.1搭建产业链协同创新平台，
加强理论研究和制备技术研发一是建立政府组织引导，高校、研究机构、企业协同共融的增材制造集群化产业园区，设立增材制造材料创新研发中心，搭建产、学、研一体化的产业链协同创新平台，打破企业、科研机构、高校各自为战的格局，优化资源配置，提升创新速度。二是加强基础理论研究。加强各高校与研究院所等科研机构之间的技术交流，引导相关领域的科研人才参与打印材料的基础理论、制备技术及成形机理的研究与探讨。三是加快制备技术研发。快速整合国内的科研资源，设立3D打印材料产业的专项基金，重点推进材料制备技术的研发与应用。加速国内紧缺打印材料的研发，在金属打印材料方面，主要研发生产高性能钛合金粉末、高强度钢、钴（Co）基及镍（Ni）基高温合金等；在有机高分子打印材料方面，主要研发生产高强度工程塑料、光敏树脂等；此外还要加快开展高性能陶瓷粉末的研究。四是学习引进国外先进成熟的技术。鼓励开展高水平的国际合作，加强与欧美发达国家相关高校、科研院所和企业合作，学习和引进先进成熟的技术，提升我国增材制造专用材料的研发技术水平。
3.2培育主导3D打印企业
支持有技术和资金优势的增材制造设备制造企业学习国外企业的发展经验，向产业链上游拓展，利用资本市场开展兼并重组，对国外拥有增材制造材料核心技术且规模较小的企业进行投资并购，力争全面提升增材制造材料的先进制备技术，研发相关的打印材料，推进3D打印材料产业的发展。同时培育国内增材专业材料制造企业国际化品牌，开拓国际市场，融入国际增材制造产业链，增强行业核心竞争力。
结语
3D打印技术已经从根本上改变了有长久历史的传统制造业，渗透到了各个行业的方方面面。未来我们能够不再用无法加工限制我们的想象力，可以催生出大量的衍生行业，帮助大力发展经济。3D打印技术的智能化应用，将意味着我们人人都可能成为制造家，各地都3D技术应用的制造工厂；在大众创业、万众创新的美好时代，计算机编程、云计算、大数据、人工智能的快速发展，意味着各种行业将面临巨大变革，传统制造业和职能服务业之间的界限将越来越模糊。随着3D关键技术的不断突破，在不久的将来，唯一能限制我们的，就只有我们的想象力。
参考文献
[1]?王延庆，沈竞兴，吴海全.3D打印材料应用和研究现状[J]．机械研究与应用,2016，36(4)：89-98．
[2]?陆澜清.2017年全球3D打印材料市场现状分析PLA、ABS占据主流[EB/OL].(2018-02-26)[2019-01-15].https://wwwqianzhan.com/analyst/detail/220/180226-b1b8e51f.html.
论文作者:许育明
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：材料论文; 技术论文; 领域论文; 产业链论文; 发达国家论文; 金属材料论文; 工程塑料论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;