3D打印技术的起源及在中国的现状

无限三维(青岛)打印技术产业研究院副院长杨伟东讲述关于3D打印技术的起源及在中国目前的发展现状

1 、 什么是3D打印?

3D打印，即快速成型技术的一种，也称增材制造。它是一种以数字三维CAD模型设计文件为基础，运用高能束源或其他方式，将液体、熔融体，粉末、丝、片、板、块等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，直接构造出物体的技术。

3D打印机

增材制造技术分类

1.挤出成型：主要以熔融沉积成型(FDM)技术实现

2.粒状物料成型：一类是有选择的在颗粒层中融化打印材料,而未融化的材料则被生成物件的支撑或薄壁，以减少对其它支撑材料的需求。另一类是3D Systems公司的ZPrinter系列3D打印机所采用的喷头式粉末成型打印技术。

3.光聚合成型：

(一)是由美国3D Systems公司开发的用于生产固体部件的光固化成型(SLA)技术。

(二)是Objet公司的PolyJet喷头打印机技术，喷射16-30μm超薄光敏聚合物材料层到构建托盘上，直至部件制作完成。

(三)是德国Envision Tec公司的Ultra3D打印数字光处理(DLP)快速成型系统。该系统能够构建组合型的3D部件，并使用高分辨率的数字光处理器投影仪来固化液态光聚合物，从而快速精准的完成模型的制造。

3D打印是一种多学科复合制造技术

3D打印技术是数字化技术、新材料技术、软件编程技术、光学技术等多科学发展的产物。其工作可以分为两个过程：

一是数据处理，利用三维扫描仪和计算机辅助设计(CAD)数据，将数据切片分层处理，完成将三维数据分解为二维数据的过程;

二是制造过程，依据分层的二维数据，采用所选定的制造方法制作与数据分层厚度相同的薄片，每层薄片按顺序叠加起来，就构成了三维实体，从而实现从二维薄层到三维实体的过程。

2 、3D打印的起源及发展

3D打印技术的核心制造思想最早起源于美国。早在1892年，J.E. Blanther在其专利中曾建议用分层制造法构成地形图。1902年，Carlo Baese的专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。1904年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘结成三维地形图的方法。20世纪50年代之后，出现了几百个有关3D打印的专利。

随着3D打印专利技术的不断发明，相应地用于生产的设备也被研发出来。1988年美国的3D Systems公司根据Hull的专利, 生产出了第一台商业3D打印设备——SLA-250 (光固化成形机)，开创了3D打印技术发展的新纪元。在此后的10年中，3D打印技术蓬勃发展，涌现出了十余种新工艺和相应的3D打印设备。

3、 中国3D打印的现状

国内3D打印技术起步晚，但是自3D概念一出，立即受到了热捧，3D打印技术近年来在国内日趋升温。

据前瞻产业研究院统计，2012年中国3D打印市场规模约为10亿元，2013年翻了一番达到20亿元。2014年以来，中国多了很多3D打印制造企业，但都规模较小且没有知识产权，生产的设备都很雷同，以技术入门较低的桌面型FDM设备为主，跟风情况比较严重。

与美国、德国等发达国家相比，中国的3D打印产业虽然发展较快但仍处于起步阶段，国内拥有自主知识产权的工业型3D打印机生产企业寥寥无几。

按照中国3D打印技术产业联盟的预测，2016年中国的3D打印产值有望达到100亿元人民币，达到2012年(10亿元人民币)的10倍，从而使中国超越美国成为全球最大的3D打印市场。

但目前，国内3D企业的规模普遍较小，多数企业的营收都只停留在几百万的层面，营收超过5000万元人民币的的企业寥寥无几。而一些上市公司其主营业务并不属于3D打印产业，大多是借助已有或引入的技术来源，进行项目产业化。

3D打印产业规划引导将引爆百亿市场，对于正处于培育推广阶段的中国3D产业而言，政府的重视与政策扶持显得尤为重要。

目前国内已有多省市成立了地方3D打印产业联盟，并在相关政策中提及要重点发展3D产业。教育部也正在制订方案，让3D打印机走进学校，对此可以看到不少新闻报道，桌面型3D打印机逐步走入学生课堂。

相比较而言，欧美3D打印企业已达到亿美元级的规模。前瞻产业研究院搜集了欧美3D打印领域几家知名企业的营收情况，根据各企业的公开资料，2013年美国的两家3D打印巨头营收分别达到4.8亿美元和5.1亿美元，其余企业也都是几千万美元的级别。培育大型企业，改变"小而散"的格局对改变国内3D打印产业现状主管重要。