評(píng)述 | 淺談3D打印的發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)

來源：國(guó)際金屬加工在線

3D打印或增材制造是將3D模型數(shù)據(jù)一層接一層地用材料打印成物體的過程,。這與傳統(tǒng)的減法制造技術(shù)正好相反--傳統(tǒng)的減法制造技術(shù),，是選擇性地去除材料,。因?yàn)榉N種優(yōu)勢(shì)，3D打印這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐漸成為行業(yè)中的游戲規(guī)則改變者,。

大多數(shù)增材制造系統(tǒng)使用由3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件創(chuàng)建的數(shù)字藍(lán)圖,。增材制造可以產(chǎn)生復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)，而這些形狀和結(jié)構(gòu)很難用傳統(tǒng)的加工方法來制造,。

有八種主要的增材制造技術(shù),，每種技術(shù)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(shù),，主要使用塑料作為構(gòu)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(shù),，主要用于打印高精度、高強(qiáng)度金屬部件,。

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

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

如今,，消費(fèi)電子和汽車行業(yè)是3D打印的最大應(yīng)用領(lǐng)域。3D打印機(jī)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(jī)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(chǎn)成為3D打印增長(zhǎng)最快的應(yīng)用,。視覺輔助設(shè)備和演示模型是下一個(gè)最常見的應(yīng)用程序，占3D打印系統(tǒng)總支出的20％,。3D打印機(jī)的五分之一來自消費(fèi)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(yīng)用,。

3D打印正在占據(jù)主導(dǎo)地位，但主要影響是在三到五年之后,。工業(yè)3D打印市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng),，盡管與個(gè)人級(jí)或桌面級(jí)系統(tǒng)市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度不同。因此,，該行業(yè)不會(huì)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)構(gòu)成直接威脅,，它帶來的變化更可能是漸進(jìn)式而非革命性的。然而,，早期采用3D打印技術(shù)的證據(jù)確實(shí)表明,，對(duì)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(shì)
1,、新材料將陸續(xù)出現(xiàn)
研發(fā)投資3D打印材料的腳步永遠(yuǎn)不會(huì)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(zhì)合金,、碳化合物，由用粘合劑金屬粘合在一起的細(xì)小碳化物顆粒組成,。在德國(guó)開發(fā)的硬質(zhì)合金物體可以使用粘合劑噴射打印,，并生產(chǎn)既堅(jiān)固又耐用的物體。其他材料研究正在進(jìn)行中,，包括水泥化合物,、生物打印、生物結(jié)構(gòu),，甚至在食品制造中，從面食到糕點(diǎn)……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(kuò)張
工業(yè)3D打印的應(yīng)用正在大跨步深入。隨著惠普進(jìn)入工業(yè)打印領(lǐng)域,，將在外形尺寸,，規(guī)定尺寸和形狀的硬件方面以及產(chǎn)量方面擴(kuò)大工業(yè)3D打印平臺(tái)�,；萜招�稱的目標(biāo)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(fèi)電子、大規(guī)模制造物體和大批量工程制造過程標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)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(nèi)，3D打印植入物將完成臨床試驗(yàn)的第一階段,，成為醫(yī)療保健產(chǎn)品組合的標(biāo)準(zhǔn)部分,。在生物打印中，替代器官的打印雖然已經(jīng)存在十多年,，并且許多臨床試驗(yàn)已經(jīng)開始,，但生物打印產(chǎn)品將開始用于測(cè)試和評(píng)估新的藥物化合物和醫(yī)療技術(shù)。


4,、巨型3D打印機(jī)超越了概念驗(yàn)證
到目前為止,，我們已經(jīng)看到了少量引人注目的"大型打印機(jī)"，用于工程和建筑等大型應(yīng)用,。在這個(gè)階段,，大多數(shù)這些機(jī)器都是概念驗(yàn)證（POC）產(chǎn)品。然而，在接下來的兩年中,，將會(huì)有一系列大規(guī)模生產(chǎn)的大型或超大型平臺(tái)3D打印機(jī)面世,。

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

2、設(shè)計(jì)
如果你環(huán)顧你所處的房間,，大多數(shù)事情都是以非常簡(jiǎn)單的方式制作的,。我們已經(jīng)被"訓(xùn)練"得在簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中去思考--比如說，我們習(xí)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(yùn)用3D打印的最佳方式,。向生產(chǎn)部門的員工傳授的新的設(shè)計(jì)工具運(yùn)用知識(shí)將需要進(jìn)行大量的設(shè)計(jì)思維重塑和重新培訓(xùn)。生成設(shè)計(jì)和拓?fù)鋬?yōu)化工具使3D打印的工作流程更容易,，但仍有很多進(jìn)展,。

3、精度和可靠性
3D打印技術(shù)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(shù)據(jù)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(jī)與在北京的3D打印機(jī)打印出來的部件可能略有不同,。這是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問題，對(duì)于工業(yè)機(jī)器,，您可以購買更好的組件并采用閉環(huán)系統(tǒng),，使制造過程更加可靠和可重復(fù)。

這對(duì)于3D打印制造商而言,，這是一個(gè)非常大的問題,，因?yàn)槟�需要確保你提供給客戶的每一個(gè)部件都能可靠地運(yùn)行,，而這，對(duì)于精席的要求是非�,？量痰�,！值得注意的是，在使傳統(tǒng)制造業(yè)更有效率的同時(shí),，3D打印行業(yè)還有很大的發(fā)展空間,。

來源：國(guó)際金屬加工在線