評述 | 淺談3D打印的發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)

來源：國際金屬加工在線

3D打印或增材制造是將3D模型數據一層接一層地用材料打印成物體的過程。這與傳統的減法制造技術正好相反--傳統的減法制造技術,，是選擇性地去除材料。因為種種優(yōu)勢,，3D打印這項技術已經逐漸成為行業(yè)中的游戲規(guī)則改變者,。

大多數增材制造系統使用由3D計算機輔助設計（CAD）軟件創(chuàng)建的數字藍圖。增材制造可以產生復雜的形狀和結構,，而這些形狀和結構很難用傳統的加工方法來制造,。

有八種主要的增材制造技術，每種技術使用不同的材料,，從塑料到金屬合金,。材料擠出是最便宜和最流行的技術，主要使用塑料作為構造材料,。相比之下,，直接金屬沉積和粉末床熔合是更昂貴的技術，主要用于打印高精度,、高強度金屬部件,。

3D打印現在還未被用作批量生產的替代技術，但它現在被廣泛用于許多領域的原型設計,，可以顯著降低開發(fā)成本,。3D打印在航空航天領域也表現出強大的優(yōu)勢，它極大地改變了一次性制造精密部件所帶來的經濟效應,。3D打印目前正在新的環(huán)境中進行探索,，尤其是在建筑和醫(yī)療領域。

3D打印市場有多大,？
2017年,，3D打印行業(yè)價值70億美元，高于2013年的30億美元,。到2025年,，3D打印市場的全球支出將超過200億美元,。

如今，消費電子和汽車行業(yè)是3D打印的最大應用領域,。3D打印機最常見的用途是直接制造零部件,。2017年，銷售的所有3D打印機中約有30％用于直接打印零部件,，而十年前這一比例僅為4％,，這使得直接零件生產成為3D打印增長最快的應用。視覺輔助設備和演示模型是下一個最常見的應用程序,，占3D打印系統總支出的20％,。3D打印機的五分之一來自消費電子行業(yè)，汽車行業(yè)占比不到20％,，其次是醫(yī)療,、航空和工業(yè)應用。

3D打印正在占據主導地位,，但主要影響是在三到五年之后,。工業(yè)3D打印市場穩(wěn)步增長，盡管與個人級或桌面級系統市場的增長速度不同,。因此,，該行業(yè)不會對傳統制造業(yè)構成直接威脅，它帶來的變化更可能是漸進式而非革命性的,。然而,，早期采用3D打印技術的證據確實表明，對于某些行業(yè),，3D打印的"破壞力"的確是巨大的,。

3D打印的四大趨勢
1、新材料將陸續(xù)出現
研發(fā)投資3D打印材料的腳步永遠不會停住,，在金屬3D打印中,，新合金和化合物降低了成本并提高了金屬打印的效率。硬質合金,、碳化合物,，由用粘合劑金屬粘合在一起的細小碳化物顆粒組成。在德國開發(fā)的硬質合金物體可以使用粘合劑噴射打印,，并生產既堅固又耐用的物體,。其他材料研究正在進行中，包括水泥化合物,、生物打印、生物結構,，甚至在食品制造中,，從面食到糕點……我們將能看到材料家庭的日益壯大,。

2、工業(yè)3D打印繼續(xù)擴張
工業(yè)3D打印的應用正在大跨步深入,。隨著惠普進入工業(yè)打印領域,，將在外形尺寸，規(guī)定尺寸和形狀的硬件方面以及產量方面擴大工業(yè)3D打印平臺,�,；萜招�稱的目標是從根本上提高定制部件的打印速度，從而創(chuàng)造出3D打印成為消費電子,、大規(guī)模制造物體和大批量工程制造過程標準部分的真正可能性,。

3、3D打印成為醫(yī)療保健的主流
3D打印已經用于醫(yī)療保健,，但仍然被視為一種新奇事物,。然而，在接下來的一兩年內,，3D打印植入物將完成臨床試驗的第一階段,，成為醫(yī)療保健產品組合的標準部分。在生物打印中,，替代器官的打印雖然已經存在十多年,，并且許多臨床試驗已經開始，但生物打印產品將開始用于測試和評估新的藥物化合物和醫(yī)療技術,。


4,、巨型3D打印機超越了概念驗證
到目前為止，我們已經看到了少量引人注目的"大型打印機",，用于工程和建筑等大型應用,。在這個階段，大多數這些機器都是概念驗證（POC）產品,。然而,，在接下來的兩年中，將會有一系列大規(guī)模生產的大型或超大型平臺3D打印機面世,。

3D打印的三大挑戰(zhàn)
1,、材料
讓零件脫離打印機是一回事，3D打印能夠生產非常獨特和復雜的幾何形狀,。但是,，我們都得承認，很多3D打印出來的部件表現并不如傳統制造部件那么好,。很大的原因就是材料特性這個老大難問題在作祟,。目前，大多數3D打印所用的材料相對單一,，而純聚合物只能在某些應用中發(fā)揮作用,，應用嚴重受限,，這就是業(yè)界對復合材料以及復合打印技術孜孜以求的原因--"復合材料"也將是未來的一大研究方向。

2,、設計
如果你環(huán)顧你所處的房間,，大多數事情都是以非常簡單的方式制作的。我們已經被"訓練"得在簡單的設計中去思考--比如說,，我們習慣于從一大塊材料開始,，然后一步一步將其加工成想要的零件--而這種思維不是運用3D打印的最佳方式。向生產部門的員工傳授的新的設計工具運用知識將需要進行大量的設計思維重塑和重新培訓,。生成設計和拓撲優(yōu)化工具使3D打印的工作流程更容易,，但仍有很多進展。

3,、精度和可靠性
3D打印技術讓物流變得省事,，比如說你在北京要用到某一部件，我只要從廣州發(fā)送數據模型過去,，你在北京直接打印出來即可,，不需要我在廣州打印出來再寄到北京去，省事省力還節(jié)約成本,。但問題是,，在廣州的3D打印機與在北京的3D打印機打印出來的部件可能略有不同。這是一個非常具有挑戰(zhàn)性的問題,，對于工業(yè)機器,，您可以購買更好的組件并采用閉環(huán)系統，使制造過程更加可靠和可重復,。

這對于3D打印制造商而言,，這是一個非常大的問題，因為您需要確保你提供給客戶的每一個部件都能可靠地運行,，而這,，對于精席的要求是非常苛刻的,！值得注意的是,，在使傳統制造業(yè)更有效率的同時，3D打印行業(yè)還有很大的發(fā)展空間,。

來源：國際金屬加工在線