下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
2012年，英国《经济学人》杂志刊文将3D打印技术视为第三次工业革命的重大标志之一，引起了全球的广泛关注。作为一项革命性技术，3D打印无须在工厂进行操作，也就意味着无须机械加工或者任何模具。这毫无疑问将大大缩短产品的研制周期，提高生产效率并降低生产所需的人力资源成本。
3D打印为社会民众充分参与产品的全生命周期的制造过程，实现个性化、实时化、经济化的生产和消费模式提供了可能。随着3D打印技术的持续加速发展，其应用领域逐步渗透到人类生活的诸多方面，并且正在深度与广度上重塑了社会形态与人们的思维与认知方式。
很难想象，作为近些年才被广泛认识的3D打印，早在1983年就已经诞生。3D打印技术作为在现代CAD/CAM技术、机械工程、分层制造技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术及新材料技术的基础上集成发展起来的一种现代制造技术，是推动制造业新一轮生产模式变革的重要技术之一。
3D打印，即三维立体打印。相较于常见的二维平面打印，3D打印有所同，也有所不同。事实上，无论是二维平面打印还是三维立体打印，本质上都是一种打印技术。不同的是，二维平面打印最后以平面形状的方式将文件内容打印出来，除了传递信息，二维平面打印并不具备实际的功能。而与二维平面打印相比，3D打印可以直接实现功能。
将想要打印的物品的三维形状信息写为3D打印机可以解读的文件，待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。可以说，三维的形状就是功能的基础，打印出了形状，也就打印出了功能。
此外，与“减材制造”相对的是，3D打印又称“增材制造”。对于现阶段的制造业来说，目前普遍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。而增材制造则直接将原材料逐层堆积成特定的形状，以实现特定的功能。
增材制造的工作过程主要包括三维设计和逐层打印：先通过计算机软件建模，再将建成的三维模型分区成为逐层的截面，指导打印机逐层进行打印。与传统的减材制造方式相比，增材制造无疑具备很多优势。
一是缩短生产制造的时间，提高效率。用传统方法制造出一个模型通常需要数天，根据模型的尺寸及复杂程度而定，而用3D打印的技术则可以将时间缩短为数小时。因此，与减材制造相比，增材制造尤其适合制造形状复杂的零部件。当然，这也受其打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度的制约。
二是提高原材料的利用效率。与传统的金属制造技术相比，增材制造机在制造金属时只产生较少的副产品。随着打印材料的进步，“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。
三是完成复杂结构的实现，以提升产品性能。传统减材制造方式在复杂外形和内部腹腔结构的加工上具有局限性，而增材制造可以通过进行复杂结构的制造来提升产品性能，在航空航天、模具加工等领域具备减材制造无可比拟的优势。
比如，一台3D打印机可以打印出许多形状，它可以像工匠一样每次都做出不同的零件。对于传统的机床生产线来说，要加工不同形状的零件，需要对生产线进行复杂的调整。因此，增材制造尤其适合生产定制化的、非批量的物品。
3D打印的应用范围之广超乎人们的想象。理论上说，几乎只要存在的东西都可以通过3D打印复制出来。一开始，3D打印主要是在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型。随着技术的不断成熟，3D打印已经在许多领域得到广泛应用，包括航空航天、工程施工、医疗、教育、地理信息系统、汽车制造等。
1.传统制造
3D打印无论是成本、效率还是精确度，都远胜传统制造技术，这种技术非常适合用于大规模生产。汽车行业在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。
2011年8月，英国南安普敦大学的工程师设计并试飞了世界上第一架“打印”出来的飞机。这架飞机的外壳由一款专门打印尼龙材质的3D激光打印机一层层叠印而成，相当轻便。
2015年，美国国家航空航天局（NASA）基于3D打印技术，打印出航空火箭发动机的头部。这使得航空火箭发动机的零件大量减少，焊缝也随之减少。3D打印技术在降低火箭发动机故障概率的同时，使迭代周期缩短、成本降低。
2020年5月，中国首飞成功的长征五号B运载火箭上，搭载着中国新一代载人飞船试验船，内有一台“3D打印机”。这是中国首次太空3D打印实验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。
2.医疗
在外科手术中，3D打印技术可为需要器官移植的患者“量身打造”所需器官，无须担心排异反应。并且，打印一个人体心脏瓣膜，只需要价值10美元的高分子材料。2019年，以色列特拉维夫大学宣布，学校实验室成功打印了一颗“心脏”，这是世界上第一个利用患者的细胞和生物材料3D打印出的三维血管化的工程心脏，也就是具有血管组织的三维人造心脏。
3.建筑设计
在建筑行业里，工程师和设计师们逐渐开始使用3D打印机打印建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，模型制作精美，完全合乎设计者的要求，同时能节省大量材料。在迪拜，政府甚至选择3D打印来建造政府大楼。3D打印建筑的主要作业由机器完成，一体成型，速度快，工人的作用多为操作和检验3D打印机的工作情况。因此，该技术对人力的需求比传统建筑行业少。
4.个性化产品定制
3D打印技术成功地把虚拟世界与现实世界连接起来，将人们头脑中的想法转变成计算机中的数据建模文件，再通过打印设备使之变为真实可感的现实之物。在未来，通过互联网，人们所需的产品、消耗品都可以建立对应的图纸，配合相应的材料及云服务技术，实现对每一台3D打印机的实时控制，帮助每一个人生产出其所需要的产品。无论是笔筒，还是手机外壳，无论是独一无二的戒指，还是其他的个性化产品。
与此同时，在社会化制造的生产方式下，数量众多的3D打印机将形成规模庞大的制造网络，并与互联网、物联网无缝连接，形成复杂的社会制造网络系统。其最大的特色是消费者可以直接将多元化需求转化为产品，实现“从想法到产品”的充分转化，并使消费者能通过互联网参与产品设计、改进等过程，从而最大限度地满足社会多元化需求。可以预见，随着3D打印技术向社会生活不同领域的渗透，人类世界将迎来一个产品更加丰富多彩的新时代。
随着技术的逐步成熟，3D打印不断展现着其商业价值。
当3D打印逐渐走进人们的生产与生活，人们也将“万物皆可打印”一步步推向现实。其巨大的发展前景和广阔的应用空间令行业期待，但同时，作为一项快速发展的技术，要想发挥3D打印的积极影响，仍有很长的路要走。
一方面，对于标准产品的加工，3D打印的规模效益不如传统的加工方式。与传统的加工方式相比，3D打印制造过程中的固定成本更少。这就会导致在规模化生产标准产品时，3D打印制造的边际成本下降，不如传统的加工方式。
例如，使用传统的注塑方式加工一个橡胶零件，所使用的模具属于固定成本，由于产品是标准化的，批量加工该零件时，就使得每个零件分摊的该项固定成本变小。因此，利用该模具加工的零件趋向于无限多，则每个零件均摊的成本趋近于0；而如果利用3D打印加工该零件，不需要用到任何模具，因此即使用该技术批量加工完全相同的零件，也不存在均摊的固定成本降低的情况。
另一方面，对于3D打印来说，当前可用的原材料种类仍然有限，能加工的材料种类不如传统加工方式多，主要有两个原因：一是由于对于性质不同的原材料，使用的设备原理往往有所不同，因此可以使用的原材料种类的开发，受限于对应的设备研发进展；二是由于3D打印的原材料往往需要特定的形态，如金属3D打印常使用金属粉末作为原材料，且对金属粉末的均匀度、含氧量、颗粒大小等都有所要求。相对于型材来说，粉末的加工难度更高，且相应的产业链尚不如传统材料那样广泛而庞大。
而对于利用ABS塑料、光敏树脂等非金属材料的3D打印来说，目前市场上已经有了比较多的原材料供应商，原材料的成本已经不是制约该技术发展的瓶颈；但对于金属、高端聚合物材料来说，由于供应产能的限制，价格仍然比较昂贵。
此外，3D打印的零件力学性能及金属3D打印在加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面仍有精进的空间。同时，成品是否坚固耐用，用户认知度是否提升，知识产权是否面临更多的侵权风险等都是3D打印在发展过程中必经却未经之路。
从3D打印的商业应用和市场化来看，经过30多年的发展，3D打印行业已经形成一条比较完整的产业链，包括上游的制造3D打印设备所需的零部件、打印过程中所使用的各类原材料、设计和逆向工程所需要的软硬件；中游的3D打印设备及服务；下游的航空航天、汽车制造、医疗、教育等应用领域。
事实上，无论在全球范围内还是中国市场内，3D打印的行业规模都呈现快速增长。据咨询机构Wohlers Associates统计，2013年全球3D打印行业总产值为30.3亿美元，2018年达96.8亿美元，5年间复合增速达26.1%。该机构预测，2019—2024年，全球3D打印行业将保持着年均24%左右的复合增速。
与全球平均水平相比，中国3D 行业的市场规模增速更高。2013年国内3D打印产业规模仅为3.2亿美元，2018年该规模达23.6亿美元，5年的复合增速达49.1%。预计在2023年，中国3D打印行业总收入将超过100亿美元。
显然，3D打印已逐渐从导入期步入成长期。3D打印不受空间的制约，能够缩短供应链流程，生产效率更高，制造门槛更低。
中国消费级3D打印机制造商创想三维，既是3D打印风潮中的获益者，也是国内3D打印行业的主要参与力量。创想三维于2020年3月的出货量达5万多台，4月初接到订单近16万台，4月销售额为2.2亿元。同时，闪铸、爱用科技、光华伟业、潮阔电子等出口型3D打印机生产企业也反馈了积极的消息。
事实上，许多技术创新站在取得突破的门槛上，但其中却少有几项技术有望提升生产率。但是，3D打印却与之不同——它在设计上就是一种有助于提高生产率的工具。如果将3D打印与机器人结合起来，其影响将会更大。机器人在3D空间中非常灵活，而3D打印机可以构建复杂的东西。
过去40年里，中国制造业经历了由复苏向崛起的快速发展，总量规模不断扩大，产业结构转型加快，综合实力和国际竞争力显著增强。在制造业飞速发展至“工业4.0”智能制造的今天，大规模定制、开放式创新与智能化工厂，这些变化将是3D打印智能制造最直接的体现。
3D打印技术承载了人们对未来制造模式的想象，是数字时代人类技术积累到一定阶段所孕育出来的新技术。在未来，传统制造的物理限制和空间限制将不再那么重要，设计、生产将更加扁平化、更加开放。