3D打印產業發展前景明朗 人才技術不足

 　　3D打印產業發展至今，已經逐漸成長為可以滿足工業生產、實現制造業轉型的重點產業。3D打印技術衍生的設計、軟件、材料、數字制造等新的產業鏈，正在逐步優化傳統制造，構建全新的制造生態。不過，在行業快速成長的同時，我國3D打印技術與人才建設的短板成為逆向工程產業更上層樓的重要阻礙，解決人才培養問題，成為行業發展的當務之急——

　　日前，以“3D打印重新定義制造業”為主題的第五屆世界3D打印技術產業大會在廣東佛山市南海區大瀝鎮舉行。3D打印技術又叫“增材制造技術”，起源於快速成型技術。目前，國內3D打印技術主要“擁抱”家電及電子消費品、模具檢測、醫療及牙科正畸、文化創意及文物修複、汽車及其他交通工具、航空航天等產業。

　　發展提速市場廣闊

　　大會期間，惠普公司和廣東(大瀝)3D打印協同創新平台宣布全新工業級3D打印定制中心正式在廣東落地。新成立的蘭灣智能—惠普3D打印技術批量化定制中心將部署10台惠普MultiJetFusion3D打印系統，打造國內最大的3D打印工業互聯網平台，滿足工業級生產對於3D打印速度、成品質量及經濟適用性的高要求，為佛山市汽車、消費品和摩托車客戶及大灣區其他行業的客戶提供大規模批量化生產服務，每年能夠為2萬樣品模型多家中小制造業企業提供從設計端到應用端，從應用端到產品端的配套服務，推動傳統制造業企業加快“研發—設計—創造”的進程。

　　據中國3D打印技術產業聯盟創始人兼執行理事長羅軍介紹，2012年，中國3D打印市場規模為1.61億美元;到2016年，中國3D打印產業規模已達11.87億美元，複合增長率為49.11%。“3D打印作為一項全新的制造技術，在及時制造、複雜制造、個性化制造、特殊環境下制造、產品設計公司任意制造等方面具有獨特優勢。它所衍生的設計、軟件、材料、數字制造等新的產業鏈，正在逐步優化傳統制造，構建一個全新的制造生態。”羅軍說。

　　放眼全球市場，3D打印將推進全球12萬億美元傳統制造業市場發展。鑒於產業政策與財政政策的支持，初步預計，到2022年我國3D打印市場規模將有望達到61.9億美元左右。

　　細分行業潛力無限

　　生物3D打印，指以生物醫用材料及細胞為新型離散材料，通過技3D列印術設計，快速生產出醫療相關產品。當前，生物3D打印可以劃分為4個層次：醫療輔助模型，做人工假體，做組織工程的支架，做活細胞打印和人工器官。預計到2024年，3D打印醫療市場規模將達到96.39億元。

　　在生物材料和組織工程方面，據南方醫科大學教授CNC模型黃文華介紹，適用於3D打印技術的生物材料已經成為研究熱點，3D打印技術可以大大減少醫療成本，市場空間巨大。比如，通過三維掃描技術和3D打印技術私人定制的醫療護具，能夠與人的骨骼肌肉完美契合，一套3D打印的護具可能只需要2000元左右，比市場上幾萬元甚至十幾萬元的醫療護具效果更好。

　　對於鑄鍛行業而言，制造流程需要鑄鍛、焊銑分開，需要很多的工序和裝備，而且時間長汙染大。華中科技大學教授張海歐介紹，通過3D鑄鍛銑合一制造技術，可以獲得比傳統鍛造更優越的鍛造性能。

　　在金屬3D打印領域，目前主要有鋪粉和送粉兩種模式。據華南理工大學教授楊永強介紹，鋪粉激光選區熔化是由一個模型，經過切片軟件輸送到機器裏，進行選區或者選擇性熔化，然後一層一層堆積起來，可以做成內部結構非常複雜的零件。楊永強認為，如果將增材和原位減材技術結合起來，將是非常好的發展趨勢，實現制造手段的提質增效。

 

3D打印技術存在的主要問題

　　3D打印的耗材
　　3D打印技術中耗材問題對3D打印技術的推廣造成了嚴重的影響。3D打印技術材料主要以上述幾種材料為主，但是為了滿足不同領域的需求，需要研發出更多RP經濟便捷的加工材料，並且依照加工材料的特性，研發質量檢測程序，從而完善材料性能數據的規范性標准。除此之外，尋找合適的3D打印材料應用於重要行業也是一個有待解決的問題。
　　3D打印機本身
　　據相關數據顯示，在當前能夠對多種材料3D列印進行加工的打印機只有一種，但是受到加工工藝的制約，產品的精度和表面質量往往達不到使用要求，只能以原型的方式進行使用。雖然3D打印技術使用了疊加制造工藝，但是就算層和層間連接再怎樣嚴密，也無法與傳統鍛件相媲美。
　　3D打印的價格
　　當前，3D打印不能夠進行規模的經濟生產，成打樣本偏高。當前，1kg打印材料加工費少則幾百元，多則要數萬元，所以，在短時間內3D打印技術還不能完全替代傳統的制造技術。但是要進行小批量、個性化定制等生產方面的應用，無論是生產一件還是數百件，其價格都沒有太大的差別，這是當前3D打印技術無可比擬的優勢。
　　3D打印機的操作方式
　　當前3D打印技術主要是依靠數字模型進行加工，但普通用戶要想掌握CAD成型技術還存在較大的難度。
　　3D打印技術的應用領域
　　當前3D打印機所使用的范圍非常廣泛，涵蓋了各行各業，只要是需要模型和原型的行業都可以使用。當前3D打印技術已經在工業、機械制造、航空航天、軍事、建築、影視、家電、輕工、醫學、考古和雕刻等行業都有廣泛的應用。隨著3D打印技術的不斷發展，應用領域主要表現幾個方面:設計方案的評定、制造方式與裝配的檢測、功能樣件的制造與性能檢測、快樣品速模具的小批量制造、建築逆向工程總體與裝修的展示評價、科學計算數據實體可視化、醫學與醫療工程、首飾及日用品快速開發與個性化定制、動漫造型評價和電子器件的設計與制作等多個方面。
　　對生產生活方式的影響
　　1) 制造工藝的改變。3D 打印對傳統原料的切削加工和組裝方式等進行了改變，從而有效的節約了原料和時間。比如，在航天航空制造業中，其主要金屬材料是固體鈦加工而成，其中有90%以上的材料會被浪費掉。如果通過鈦粉3D打印技術，就可以加工出與傳統固體鈦一樣具備特性的材料，從而大大節省了原料。
　　2) 推動制造技術進步。3D打印技術是融合多種學科優勢所形成的高新科學技術，隨著3D打印技術的不斷發展和趨於成熟化，將會使新材料和智能制造技術方面得到革命性發展，進而帶動其他相關行業的發展。
　　3) 促使制造模式的改變。3D 打印技術對以生產線為加工模式的第二次工業革命進行了極大的調整和改變，開始朝著智能化、個性化和定制化的方向發展。

3D列印滿足你的美學追求

　　3D列印其實並不是近來幾年才有的，之前就有相似的技術，僅僅RP當時還不完善，還沒有引起足夠多人的重視。近來幾年跟著技術的發展不斷誕生優異的3D列印設計著作，3D打印與家居家飾，生活醫學等各個方面發生聯系。

　　最領3D列印先的3D列印等數碼出產技術，帶來全新的出產方式、商品外觀。日子變得更有效率、更前進、更風趣。當前，3D列印技術現已風行全球。由模板制作而成的3D列印藝術著作不只具有展現效果，不少更是具有實用價值。在將來，3D列印技術將會越來越靠近我們的生活。有了3D列印技術，再配合模板和一台3D列印機，你就可以打印出天底下所有的物品。

　　3D列印技術出現在20世紀90年代中期，實際上是使用光固化和紙層疊等技術的疾打樣速成型設備。它與一般打印作業原理基本一樣，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦銜接後，經過電腦操控把“打印材料”一層層疊加起來，結尾把核算機上的規劃成為實物。這打印技術稱為3D立體打印技術。設計師們愈來愈多地使用數碼技術的進步來制作有著復雜幾許布局、形狀難以揣摩的物品，因而這種布局復雜，仿佛來自其他世界的美學追求也會愈來愈常見。

　　數碼生產不只承諾改動設計師與用戶之間的聯系，也會改動設計師與生樣品產者之間的協作。結尾，3D列印設備可能會遍及所有村鎮，當地居民能夠自行獲取定制商品，或自行修理現有商品，就像他們的祖宗需求鐵匠為他們鑄造商品那樣。毫無疑問，把握技術經歷的已在著手准備。

　　假如這種想像成真，設計師們將不再那麼依賴於尋找賞識自己創意的生產者；他們能夠制作商品的原型，像創業者那樣直接把商逆向工程品銷售給消費者。8月18日，比利時哈瑟爾特市的Z33規劃中心將舉行名為“超越生產的設計”展覽，屆時將探討這一現像。

3D打印需要注意的支撐結構與應力

　　在使用選擇性激光融化(SLM)技術的前期建模中，需要考慮的關鍵因素包括設計支撐結構，以及怎樣設計才能避免激光加工過程中熱應力帶來的變形問題。

　　從支撐結構到自支撐結構

　　通常，在選擇性激光融化過程中，支撐結構的構建是必要的，3D列印有幾方面原因：一方面是支撐結構加強和支持零件與構建平台的穩定性；其二是支撐結構帶走零件構建過程中多余的熱量；其三是支撐結構可以防止零件翹曲以及減少零件構建過程中的失敗幾率。

　　的確，似乎沒人喜歡支撐結構，因為它不但影響生產的產量和成本，還會增加額外的打印時間、成本、後處理時間和復雜度。

　　這就帶來了支撐結構的優化問題，要盡量減少和避免支撐結構的使用，就需要對所生產的零件的幾何形狀和它的構建局限性有著充分的了解。

　　增材制造基本上是一個焊接過程，雖然激光束斑直徑比與傳統的焊接小，所以能量密度高。這可能會導致大的橫截面或在不同的橫截面區域的應力。這種應力會導致翹曲，在極端情況下，會使零件從支架上被“拔”起來，帶來裂縫的發生。如果無法避免厚結構的構建，最明智的選擇是通過一個較厚的構建板抵抗這些RP彎曲力量。
打樣
　　在一般情況下，需要避免通過增材制造樣品來制造非常厚的結構，特別是鈦合金材料，因為鈦合金的熔融溫度和殘余應力會很高。在可能的情況下，壁應該薄並且一致，這樣不同區域中的應力不會導致其他區域發生變形。如果必須出現整塊的結構，可疑考慮用晶格來填充這些塊，以減少應力，並且節約重量，逆向工程材料成本和構建時間。

3D打印的誤差從哪幾方面排除?

　　隨著3D打印技術的日益普及，越來越多的普通用戶可以訪問3D列印技術並了解3D打印的魅力。但是，前景很好，但他們不得不

　　擔心他們的3D打印的准確性。那麼，哪些因素會影響3D打印機器的3D打印精度?在本期中，我們將以熔融沉積建模(FDM)為

　　例，討論影響3D打印成品精度的幾個因素。

　　最初提到的熔融沉積成型技術(FDM)是台式機3D打印機器中使用的主流技術。其工作原理是將長絲狀熱塑性材料通過噴嘴熔融

　　並擠出成聚合物，如ABS PLA。石蠟是主要原料。實際上，在3D打印過程中，有很多因素會影響成品的准確性，比如3D打印機器

　　自身的精度、3D打印溫度、3D打印速度、材料等等，我們逐一看一下。

　　3D打印機器自身精度

　　事實上，這一點已經在購買3D打印機器的開始時已經確定，所以在購買3D打印機器之前一定要檢查選擇。接下來，3D打印機器

　　本身的制造和裝配精度以及操作期間的振動將影響其3D打印精度。與普通的3D打RP印機器相比，X 、Y只能打樣在兩個方向上移動。

　　除X 、Y外，3D打印機器還增加了Z軸的縱向移動。導線的任何移動都是部件之間的相互摩擦，並且總會有微妙的偏差。例如，

　　XY平面誤差，3D打印機器框架結構和所用材料的剛度將對其穩定性產生很大影響。對於那些專業用戶，選擇較重的3D打印負

　　載和更多的金屬材料將有助於3D打印機器的穩定性和耐用性。

　　另外，噴嘴的直徑也決定了擠出金屬絲的寬度，這會影響成品的細度。應該樣品知道3D打印按層3D打印構造對像。因此，層厚度設

　　定也影響成品的粗糙度：使用逆向工程大直徑噴嘴，並且層厚度更厚。雖然3D打印速度更快，但會比較成品。粗；相反，3D打印很慢，

　　但成品更精致。

　　3D打印溫度這裡我們要說的是，3D打印溫度實際上包含噴嘴溫度和成型室溫度。其中，噴嘴溫度決定了材料的粘接性能、包裝

　　性能、線材流量和擠壓線寬度。因此，噴嘴溫度不應太低或太高。太低，材料的粘度增加，擠出速度慢；太高，材料偏向液態，

　　粘度系數降低，流動性增強，擠出太快而不能形成精確可控的長絲。因此，當設定噴嘴的溫度時，應根據所選擇的金屬絲的特性

　　在一定範圍內選擇，以確保擠出的金屬絲處於熔融流動狀態。

　　成形室的溫度將影響成形部件的熱應力。雖然高溫有助於降低熱應力，但零件表面容易起皺。如果溫度太低，從噴嘴擠出的金屬

　　絲的淬火將增加成形部件的熱應力。很容易引起零件的翹曲。為了形成平滑，在3D打印ABS的情況下，成形室的溫度通常保持

　　在55℃，而PLA需要盡可能保持通風，並且不應保持溫暖。