全球3D打印機制造商明星匯

3D打印技術的出現(xiàn)激起了人們無比的熱情并勾起了人們無限的遐想,。它帶來的不僅僅差異化生產(chǎn)成本的下降，也不僅僅只是引發(fā)制造業(yè)的革命,，而是從根本上改變了人們?nèi)粘,？创�世界的方式——我們眼中的物體不再是由一個個組件和部分構成，而是由一個個粒子構成。因而3D打印也被認為是未來30年最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦图夹g之一,。

我們以2014年全球范圍各大3D打印機制造商旗下產(chǎn)品的影響力和民眾對其的認可度作為主要的依據(jù),，評出了2014年全球3D打印機制造商Top30,，希望能反映和展示全球3D打印機制造領域的所有領先者,，以飧我國讀者/用戶/愛好者/產(chǎn)業(yè)領導者/創(chuàng)業(yè)者。

3D打印的概念早在19世紀末就已出現(xiàn),，1892年美國學者Blanther首次在公開場合提出使用層疊成型方法制作地形圖的構想,。這種堆疊薄層的方式制造三維形狀物體的理念，也是3D打印的核心制造思想,。經(jīng)過不斷的技術演進,，逐漸形成了今天這種可以按照計算機3維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型的系統(tǒng),，利用激光束,、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末,、塑料,、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加塑造出3D實體產(chǎn)品,。目前3D打印分為SLA,、SLS、FDM和3DP四種主流的方式,。

光固化立體造型技術（StereoLithography Apperance,，SLA)

1986年，查爾斯·赫爾實現(xiàn)了用激光照射液態(tài)光敏樹脂,，固化分層制作三維物體的技術,，并以光固化立體造型技術（Stereo Lithography Apperance，SLA）獲得了專利,。同年,，查爾斯·赫爾成立了3D Systems公司，并于1988年推出了第一個面向公眾的商業(yè)打印機SLA—250,。

查爾斯·赫爾與世界上第一臺SLA商用3D打印機SLA-250

SLA以光敏樹脂的聚合反應為基礎,，在計算機控制下的紫外激光，沿著零件各分層截面輪廓,，對液態(tài)樹脂進行逐點掃描,，使被掃描的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應，由點逐漸形成線,，最終形成零件的一個薄層的固化截面,，而未被掃描到的樹脂保持原來的液態(tài)。當一層固化完畢，升降工作臺移動一個層片厚度的距離,，在上一層已經(jīng)固化的樹脂表面再覆蓋一層新的液態(tài)樹脂,，用以進行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上,，如此循環(huán)往復,，直到整個零件原型制造完畢。

SLA技術有較高的精度和較好的表面質(zhì)量,，且成形速度較快,，能制造形狀特別復雜和特別精細的零件、模具,、模型等,；還可以在原料中通過加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟模,。不過由于樹脂固化過程中產(chǎn)生收縮,，不可避免地會產(chǎn)生應力或引起形變。因此開發(fā)收縮小,、固化快,、強度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢。

熔融沉積造型（Fused Deposition Modeling,，F(xiàn)DM）

1988年,，美國學者Scott Crump研制出了熔融沉積制造工藝（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）,，他使用熱塑性材料,，如蠟、ABS,、尼龍等,。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動,，同時將熔化的材料以絲狀擠出,，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結成形,。1992年,，Stratasys公司推出了第一臺基于工藝熔融沉積制造（FDM）技術的3D打印機——“3D造型者（3D Modeler）”，這標志著FDM技術步入了商用階段,。

  

FDM技術

FDM工藝的關鍵是保持材料的半流動性,。這些材料并沒有固定的熔點，需要精確控制其溫度�,，F(xiàn)在大紅大紫的Makerbot,、the Cube,，還有RepRap它們都屬于這類技術，只不過這些機器都是簡化版,。而專業(yè)級別的當屬Stratasys的產(chǎn)品,，例如Mojo、uPrint,、Projet系列等,。

選擇性激光燒結（Selected Laser Sintering，SLS）

1989年,，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard發(fā)明了選擇性激光燒結工藝（Selected Laser Sintering,，SLS）,。DTM公司于1992年推出了該工藝的商業(yè)化生產(chǎn)設備Sinter Sation,。幾十年來，奧斯汀分校和DTM公司在SLS領域做了大量的研究工作,，在設備研制和工藝,、材料開發(fā)上取得了豐碩成果。德國的EOS公司在這一領域也做了很多研究工作,，并開發(fā)了相應的系列成型設備,。國內(nèi)也有多家單位進行SLS的相關研究工作，如華中科技大學,、南京航空航天大學,、西北工業(yè)大學、中北大學和北京隆源自動成型有限公司等,，也取得了許多重大成果,。

SLS技術是將粉末預熱到稍低于其熔點的溫度，然后再將粉末鋪平,，利用激光束在計算機控制下根據(jù)分層截面信息進行有選擇地一層層燒結,，全部燒結完后再去掉多余的粉末，最后得到燒結好的零件,。

利用SLS技術打印出來的首飾

SLS最突出的優(yōu)點在于它所使用的成型材料十分廣泛,。從理論上說，任何加熱后能夠形成原子間粘結的粉末材料都可以作為SLS的成型材料,�,？沙晒�進行SLS成型加工的材料有石蠟、高分子,、金屬,、陶瓷粉末和它們的復合粉末材料，甚至是金屬,。由于SLS成型材料品種多,、用料節(jié)省,、成型件性能分布廣泛、適合多種用途以及SLS無需設計和制造復雜的支撐系統(tǒng),，所以SLS的應用越來越廣泛,。

三維打印（3D Printing,，3DP）

1993年,，美國麻省理工大學的EmanualSachs教授發(fā)明了三維印刷技術(3DP），它與SLS類似,，采用粉末材料成形,，如陶瓷粉末，金屬粉末,，所不同的是材料粉末不是通過燒結連接起來的,，而是通過噴頭用粘接劑（如硅膠）將粉末粘合成型，看上去就像將零件的截面“印刷”在材料粉末上面一樣,。

采用3DP技術的廠商,，主要是Zcorporation公司、EX-ONE公司等,，zprinter,、R系列三維打印機為主，此類3D打印機能使用的材料比較多,，包括石膏,、塑料、陶瓷和金屬等,，而且還可以打印彩色零件,，成型過程中沒有被粘結的粉末起到支撐作用，能夠形成內(nèi)部有復雜形狀的零件,。此類打印機通過多碰頭和噴嘴來提高速度,。　

3DP在建筑業(yè),，游戲業(yè),，玩具和藝術行業(yè)等都有廣泛的應用。

3DP成型速度快,，成型材料價格低,，適合做桌面型的快速成型設備，成型過程不需要支撐,，多余粉末的去除比較方便,，特別適合于做內(nèi)腔復雜的原型，而且在粘結劑中可以添加顏料,，可以制作各種彩色原型,，這是該工藝最具競爭力的特點之一,。但3DP制作出來的物品強度較低，只能做概念型模型,，而不能做功能性試驗,。

3D打印的現(xiàn)狀和未來

目前，3D打印依然存在一些問題,， 3D打印機目前還存在技術相對單一,、設備便攜性差、效率低下,、材料受限制,、精度不夠，成本較高等問題,。而制作出來的東西相對于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)出的產(chǎn)品毛刺較多,，需要打磨，質(zhì)量較差,，難被消費者認可,。但是隨著我們科研人員的不斷努力,，相信這些技術問題都只是暫時的,。而3D打印出來的產(chǎn)品也最終會打動消費者，獲得市場的肯定,。

3D打印技術雖然無法應用于大規(guī)模生產(chǎn),，但是對于小規(guī)模制造，尤其是高端的定制化產(chǎn)品,，有著無比的優(yōu)勢,。目前 3D打印已經(jīng)廣泛應用于軍工、航天,、醫(yī)學,、建筑、汽車,、電子,、服裝、珠寶首飾等種領域,。3D打印技術也被《時代》周刊選為2014年25項年度最佳發(fā)明,。

僅在過去一年中，美國海軍試驗了利用3D打印等先進制造技術快速制造艦艇零件,，NASA利用3D打印技術制造了整臺成像望遠鏡,，Local Motors公司制作出了首臺3D打印汽車并成功上路，Pi-Top更是成為了全球首款3D打印的筆記本電腦,，通用電氣公司使用3D打印技術改進了其噴氣引擎的效率,，美國三維系統(tǒng)公司的3D打印機能打印糖果和樂器……這些成就無不向我們展示著3D技術已經(jīng)在我們身邊有著舉足輕重的作用,。

而如今，走在3D打印前沿的科學家們已經(jīng)不僅僅將3D打印材料限于金屬和特定材料,，半導體材料的3D打印已經(jīng)在制作具有邏輯性和功能性的電子電路和微電路上取得了突破,。而生物打印已經(jīng)在3D打印技術中取得了巨大的進展。維克森林大學的艾塔拉博士已經(jīng)成功打印出了植入人體尿道的印刷品,；Organovo公司在竭盡全力地進行用于醫(yī)學研究和治療用途的功能性人體組織3D打印研究,；Craig Venter團隊和Cambrian Genomics公司甚至打印出了DNA——沒錯，就是DNA,！一次能打印一個堿基對,！

就我國而言，雖然目前3D打印還處于產(chǎn)業(yè)化起步階段,，還存在相關技術人員資源缺乏,，聯(lián)盟作用不明顯，企業(yè)只能各自為戰(zhàn),，應用市場主要停留在產(chǎn)品設計研發(fā)以及科普教育方面等諸多不足,，但是資本和政策的重視和鼓勵以及我們企業(yè)自身在自主技術上的努力已經(jīng)在使得這種情況有了好轉的條件，也造就了一些明星企業(yè),。例如,，作為國內(nèi)唯一一家擁有激光燒結3D打印機的研發(fā)能力以及相對應高分子材料粉末的生產(chǎn)能力的華署高科，在2014年成功研制出了世界上最快的工業(yè)級3D打印機,。而桌面級產(chǎn)品多次獲得國際大獎的太爾時代自主開發(fā)的UP,！系列3D打印機在硬件、軟件和易用性上都已達到相當高的水平,，甚至與世界知名的Makerbot和CubeX系列相比也毫不遜色,。

現(xiàn)在，我國科研人員已經(jīng)成功研制出了首臺航天3D打印機,，并已成功打印出了衛(wèi)星星載設備的光學鏡片支架,，核電檢測設備的精密復雜零件，飛機研制過程中用到的葉輪,，汽車發(fā)動機中的異形齒輪等構件,，而我國醫(yī)生也成功采用3D打印技術為病人制作出了一塊頭蓋骨并成功完成了手術……這些創(chuàng)舉是令人激動的。當然,，普遍存在的僅僅利用設備做一些小小的消費產(chǎn)品打印,，或不足以談創(chuàng)業(yè)。

尤其值得關注的是,，隨著生物材料3D打印技術的逐漸成熟,，我們將可能以細胞為材料進行3D打印，直接打印人體組織,、器官,，甚至生命體,。或者說我們談的不是3D打印,，未來,，人人或都將能成為上帝！