1.1　3D打印基本簡介

3D打印（3D printing）技術又稱三維打印技術，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。它無須機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本。燈罩、身體器官、珠寶、根據球員腳型定制的足球靴、賽車零件、固態電池以及為個人定制的手機、小提琴等都可以用該技術制造出來。

1.1.1　3D打印發展歷史

3D打印技術的核心制造思想最早起源于19世紀末的美國，20世紀80年代已有雛形，其學名為“快速成型”（SLS）。1979年，類似過程由RF. Housholder獲得專利，但沒有被商業化。在20世紀80年代中期，SLS被美國德克薩斯州大學奧斯汀分校的Deckard博士開發出來并獲得專利。到20世紀80年代后期，3D打印技術發展成熟并被廣泛應用。

1995年，麻省理工學院創造了“三維打印”一詞，當時的畢業生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機方案，變為把約束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水擠壓在紙張上的方案。

在此之前，三維打印機數量很少，大多集中在“科學怪人”和電子產品愛好者手中，他們主要用來打印如珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西，甚至有汽車專家打印出了汽車零部件，然后根據塑料模型去訂制真正市面上買到的零部件。

人們可以在一些電子產品商店購買到這類打印機，工廠也在進行直接銷售。不過物以稀為貴，一套三維打印機的價格從一般的750美元到上等質量的27000美元不等。

科學家們表示，三維打印機的使用范圍還很有限，不過在未來的某一天人們一定可以通過3D打印機打印出更多更實用的物品。

2005年，市場上首個高清晰彩色3D打印機Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

2010年11月，世界上第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世。

2011年6月6日，發布了全球第一款3D打印的比基尼。

2011年7月，英國研究人員開發出世界上第一臺3D巧克力打印機。

2011年8月，南安普敦大學的工程師們開發出世界上第一架3D打印的飛機。

2012年11月，蘇格蘭科學家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織。

2013年10月，全球首次成功拍賣一款名為“ONO之神”的3D打印藝術品。

2013年11月，美國德克薩斯州奧斯汀的3D打印公司“固體概念”（SolidConcepts）設計制造出3D打印金屬手槍。

3D打印帶來了世界性制造業革命，以前是部件設計完全依賴于生產工藝能否實現，而3D打印機的出現，將會顛覆這一生產思路，這使得企業在生產部件時不再考慮生產工藝問題，任何復雜形狀的設計均可以通過3D打印機來實現。它無須機械加工或模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的物體，從而極大地縮短了產品的生產周期，提高了生產效率。盡管仍有待完善，但3D打印技術市場潛力巨大，勢必成為未來制造業的眾多突破技術之一。

1.1.2　3D打印的應用領域

利用3D打印機，工程師可以驗證開發中的新產品，把手中的CAD數字模型用3D打印機制造成實體模型，可以方便地對設計進行驗證并及時發現問題，相比傳統的方法可以節約大量的時間和成本。

3D打印機也可以用于小批量產品的生產，這樣就可以快速地把產品的樣品提供給客戶，或進行市場宣傳，不用等模具制造好后才制造成品，對于某些小批量定制的產品甚至連模具的成本都可以省去，如電影中用到的各種定制道具。如圖1-1所示，左邊的是某工藝品的原型，右邊的是3D打印出來的復制品，從造型上看，兩者基本上沒有什么差別。如圖1-2所示，電影《機械公敵》中的奧迪RSQ汽車就是使用3D打印制作的。

至于家用和個人市場方面，應用就因人而異了，不過要推廣開來的話可是困難重重，首先目前個人用3D打印機并不便宜，價格從幾千到幾萬都有。其次，3D打印的原材料也不便宜，這些材料的價格便宜的幾百元一公斤，最貴的要四萬元左右。

1.1.3　3D打印技術五大發展趨勢

在近幾年中，更多的資本、更多的公司、更多的創意都涌向了3D打印領域。據此，行業也對未來3D打印發展前景進行了預測，認為未來3D打印的以下五大發展趨勢值得關注。

1. 更好、更快、更廉價

企業家正從各方面涌向3D打印領域。在未來，3D打印不僅是一種打印、掃描和共享內容的新方式，而且還將增加打印的精密度、規模以及更好的選擇材料，而且打印成本也將下降。總體而言，功能性材料將進入市場，而且還將出現更加先進的打印程序，不久的將來將會看到更加先進的3D打印機走向市場。一些初創型企業也會研發出更快、更便宜的3D打印設備。

2. 傳統公司需要創新和改進

為了維持自己在快速增長的3D打印行業內的統治地位，傳統的3D Systems公司和Stratasys公司都將執行簡單的戰略，即要么收購對方，要么阻擊對方。然而這種并購并不一定會產生效果，畢竟，整合業務或業務并購都非常困難，因此這樣的措施或許還會適得其反。隨著惠普等公司進入3D打印市場，再加上一些初創企業的沖擊，促使傳統的3D打印巨頭急需加速內部創新，并努力推出更好、更便宜的解決方案，從而增加他們的市場份額。對這些公司而言，需要改進的兩大重要領域就是3D打印速度和材料價格。

3. 3D照相館的崛起

一些公司已經開設了一些小規模的店內3D大頭照拍攝館。簡單的3D掃描設備和軟件將會越來越普及，而且消費成本也會越來越低，甚至還會出現一些便攜式的3D拍攝設備。以后還將有更多的新企業開設3D拍攝館。更為重要的是，這些掃描和拍照工具將為大規模的定制化拍攝奠定基礎，并能夠讓更多的公司為每一個客戶拍攝定制化的3D照片。

4. 戰爭武器

盡管使用類似于機器人的熱熔膠槍來制作一支真槍，并不是獲得武器的最有效方式，但這種做法肯定會產生轟動效應。以后更多的槍支、手榴彈以及一些更夸張的武器將會出現。管理者也會擔憂3D打印機可能會成為混亂狀態的最終工具。

5. 醫療神器

3D打印技術最具潛力的作用將體現在醫療健康領域。人們已經看到從顱骨和面部植入假體材料到低成本的假體，再到可更換的氣管等在內的諸多3D打印產品。未來，在此領域還將充滿更多的新創意。盡管打印完全功能的器官還需要一段時間，但是，為個別患者定制打印某種器官的能力將會出現。醫生們也因為有了強大的3D打印工具而更加舒適，并能夠獲得更好的體驗，與此同時，人們的生活也會因此而更加美好。

1.1.4　發展前景

1. 價格因素

大多數桌面級3D打印機的售價在2萬元人民幣左右，一些仿制品價格可以低到6000元。但是據3D打印機代理商透露，這些仿制的3D打印機雖然價格低，但質量很難保障。

對于桌面級3D打印機來說，由于僅能打印塑料產品，因此使用范圍非常有限，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，用戶必須要懂得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。

2. 原材料

3D打印不是一項高深艱難的技術，它與普通打印的區別就在于打印材料。

據了解，以色列的Object是掌握最多打印材料的公司。它已經可以使用14種基本材料并在此基礎上混搭出107種材料，兩種材料的混搭使用、上色也已經成為現實。但是，這些材料種類與人們生活的大千世界里的材料相比，還相差甚遠，而且價格很高。

3. 社會風險成本

如同核反應既能發電，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，而未來的發展也會令不少人擔心。如果任何物體都能徹底復制，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. 著名的3D打印悖論

3D打印是一層層地來制作物品，如果想把物品制作得更精細，則需要每層厚度減小；如果想提高打印速度，則需要增加層厚，而這勢必影響產品的精度質量。若生產同樣精度的產品，同傳統的大規模工業生產相比，沒有成本上的優勢，尤其是在考慮到時間成本和規模成本之后。

5. 整個行業沒有標準，難以形成產業鏈

21世紀3D打印機生產商是百花齊放。3D打印機缺乏標準，同一個3D模型用不同的打印機打印，所得到的結果是大不相同的。

此外，打印原材料也缺乏標準，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，這讓材料生產商很難進入，研發成本和供貨風險都很大，難以形成產業鏈。

表面上是3D打印機捆綁了3D打印材料，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：3D打印前所需的準備工序，打印后的處理工序

很多人可能以為3D打印就是在計算機上設計一個模型，不管多復雜的內面、結構，單擊一下按鈕，3D打印機就能打印一個成品。這個印象其實不正確。真正設計一個模型，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。用塑料熔融打印來舉例，如果在一個復雜部件內部沒有設計合理的支撐，打印的結果很可能是會變形的。后期的工序也通常避免不了。媒體將3D打印描述成打印完畢就能直接使用的神器。可事實上制作完成后還需要一些后續工藝：或打磨，或燒結，或組裝，或切割，這些過程通常需要大量的手工工作。

7. 缺乏殺手锏產品及設計

都說3D打印能給人們巨大的生產自由度，能生產前所未有的東西。可直到現在，這種“殺手”級別的產品還很少，幾乎沒有。做些小規模的飾品、藝術品是可以的，做逆向工程也可以的，但要談到大規模工業生產，3D打印還不能取代傳統的生產方式。如果3D打印能生產別的工藝所不能生產的產品，而這種產品又能極大提高某些性能，或能極大改善生活的品質，這樣或許能更快地促進3D打印機的普及。