(Summary description)以3D打印为代表的第三次工业革命，以数字化、人工智能化制造与新型材料的应用为标志——英国《经济学人》

在人类的历史长河中，另外两个被称为工业革命代表的技术，是蒸汽机技术和电力技术，它们一个为人类带来了动力，另一个为世界带来了光明。自1986年美国科学家CharlesHull开发了第一台商业3D打印机以来，3D打印的概念就受到学术界、工业界的广泛关注。随后的30多年中，3D打印经历了一次次的热炒，也一次次考验着人们的耐心。近几年，随着技术的逐步成熟，3D打印行业已经步入成长期，快速发展的3D打印技术将成为智能制造中一支重要的新兴力量。

3D打印的发展历史



资料来源:数字化企业网

 

什么是3D打印？

电影《银河护卫队2》的开始，浣熊偷了阿耶莎的能量电池，银河小分队遭到至高星的围捕猎杀，仓惶之下，飞船在一个蛮荒小岛上硬着陆而被摔的稀碎，而这并没有难倒银河护卫队，浣熊手持一个类似水枪的设备，朝飞船破损处喷射物质，破损处随之奇迹般恢复了！这出现在科幻电影中的神奇修复技术，其实并非完全来自臆想，在现实中，已经存在类似的技术，这就是3D打印。

《银河护卫队2》中浣熊用3D打印技术修复破损的飞船

 



资料来源:电影《银河护卫队2》剧照

3D打印技术，又称增材制造技术，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是智能制造的重要组成部分。

3D打印的称谓，是与常见的平面打印类比而来的，它与平面打印有许多共同的特征：

平面打印是将需要打印的信息形成打印机可读的文件（图片、文档、或其他格式），然后将此文件信息传送到打印机，经打印机解读后在打印纸上以平面形状的方式将文件内容打印出来。通常来讲，平面上打印出来的任何形状或符号并不具备实际的功能，而只作为传递信息用。

平面打印基本流程示意图



资料来源:前瞻网等

3D打印的步骤是首先将想要打印的物品的三维形状信息写入到3D打印机可以解读的文件，然后将文件传输到3D打印机，3D打印机解读文件后，以材料逐层堆积的方式打印出立体形状。通常情况下，三维的形状是功能的基础，因此，打印出了形状，也就打印出了功能。平面打印是为了传递信息，而3D打印作为一种制造加工的技术，却可以直接实现功能。

3D打印基本流程示意图



资料来源:前瞻网等

平面打印与3D打印的对比



资料来源：3D打印网等

此外，3D打印又称为增材制造，这个概念是与“减材制造”相对比而言的。我们通常所使用的材料加工技术多为“减材制造”技术，即对原材料进行去除、切削、组装等加工，使原材料具备特定的形状并可执行特定的功能。而“增材制造”直接将原材料逐层堆积成特定的形状，以实现特定的功能。

减材制造和增材制造对比示意图



资料来源:sohu科技网

下图是通过车工和铣工对一整块钢材进行加工并得到零部件的过程示意图，主要加工过程是通过车工和铣工将钢材上多余的材料去除掉。

减材制造举例：通过车铣等工序将粗钢原材料加工成特定形状



资料来源:慧聪网，产品工厂，sohu科技等

下图是通过FDM（一种应用比较多的3D打印技术）制作一个三维模型的过程。该过程主要使用的原材料是PLA塑料线材，FDM-3D打印机通过加热将ABS线材融化，并通过压力将其挤出，依照已设定好的三维形状，逐层的将材料堆积起来，得到最后的形状。在整个过程中，几乎不存在将材料去除的步骤。由于3D打印将立体的结构，拆解成了足够多个平面图形，然后再堆积起来，而对于厚度很薄的平面图形来说，可以容忍的形状复杂程度大大提高，因此3D打印的一个主要优点就是尤其适应于内外部结构复杂的零部件的制造。

增材制造举例：FDM增材制造技术制作零部件



资料来源:慧聪网，翼狐网

未来3D打印将有望深刻改变当前的商业模式，目前3D打印处于快速成长阶段，但在整个制造业当中的占比仍非常小。3D打印更大范围的推广和应用，有赖于原材料和设备价格的进一步的下降，并结合商业模式的创新和开拓。

目前国内市场中，3D打印原材料和设备都处于进口替代的过程中，出现了一批技术领先的企业。未来在3D打印这个赛道中，持续的、高质量的、有效的研发将成为从行业竞争中脱颖而出的关键。看好3D打印技术在附加价值高的航空航天、医疗、汽车、核电等领域的应用。

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• Time of issue:2020-08-21
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