简介

过程原理

优点

应用发展

影响

面临问题

产权保护

简介

3D打印技术出现在上世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这一技术如今在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。

过程原理

每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。[2]

打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。

由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。

优点

三维打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作，桌面打印机可以打印出小物品，而且，人们可以将其放在办公室一角、商店甚至房子里；而自行车车架、汽车方向盘甚至飞机零件等大物品，则需要更大的打印机和更大的放置空间。

3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。

与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势：通过摒弃生产线而降低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。

三维打印技术还有其他重要的优点。大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。三维打印技术不是这样的。在三维打印技术中，原材料只为生产所需要的产品”，借用三维打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻盈。当材料没有了生产限制后，就能以最优化的方式来实现其功能，因此，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。

应用发展

人们已经使用该技术打印出了灯罩、身体器官、珠宝、根据球员脚型定制的足球靴、赛车零件、固态电池以及为个人定制的手机、小提琴等，有些人甚至使用该技术制造出了机械设备。比如，美国麻省理工学院（MIT）的博士生彼得·施密特就打印出了一个类似于祖父辈使用的钟表的物品。在进行了几次尝试之后，他最终用打印机打印出了塑料钟表，将其挂在墙上，结果，钟开始滴答滴答地走动。

三维打印机的应用领域也在随着技术进步而不断扩展。美国科学家已经研发出了能打印皮肤、软骨、骨头和身体其他器官的三维“生物打印机”。人们还使用三维打印机来制造雕塑并修复雕塑，制造由塑料和聚合物制成的三维物体并打印出了食品。

三维打印技术排除了使用工具加工、机械加工和手工加工，而且改动技术细节的效率极高。在英国，相同的技术被戈登·默里设计公司用来帮助制造前卫的T.25型城市“生态汽车”，这款汽车已于2010年7月面世。

隶属于欧洲宇航防务集团（EADS）的一个科研小组正致力于利用此技术打印出飞机的整个机翼。截止2011年3月研究者已使用该技术制造出了飞机起落架的支架和其他飞机零件，其打印出的支架同一只鞋子的大小一样。

影响

有些业内人认为，三维打印技术对制造业的影响将可与喷墨打印机对文件打印的影响相媲美。15世纪出现的活字印刷术让手写体变成了印刷体。印刷机同那些可以进行大规模生产的机器一样，高效地打印出同一物品的副本，但是，其在打印个性化文件时的效率并不高。后来，喷墨打印机使打印变得更便捷、更廉价、更有个性。如今，尽管传统打印机仍然打印着大量的书籍和报纸等，但更多的打印任务是由喷墨打印机来承担的，它能按需打印出书籍、标签、照片等。

三维打印技术带来的变化或将改变制造业的经济面貌。许多人认为，这项技术将让商业完全去中心化，逆转伴随着工业化到来的城市化进程，人们将不再需要工厂，届时，每个村庄都将拥有一个由打印机组成的制造厂，制造所需的物品。但是，也有人认为，城市的经济和社会利益远远超出吸引工人到装配线上工作的能力。

有人坚持认为，三维打印技术减少了对工厂工人的需求，削减低成本、低工资国家的优势，因而会增加发达国家的生产能力。不过，也有人对此表示怀疑，他们称，亚洲制造商也有能力采用该技术，而且，即使三维打印技术确实会让生产重回发达国家，它也无法提供更多的工作机会，因为与标准的制造过程相比，它并非劳动密集型的技术。

而三维打印技术给物流公司带来的威胁是显而易见的，2010年在由中外运敦豪国际航空快递有限公司（DHL）组织的一次大会上，有人就提出了这种可能性：当公司能够在需求产品的地方打印出急需的零部件时，为什么还会从国外空运呢？

面临问题

现在三维打印技术的精度约为0.1毫米，而且打印机本身的售价偏高，不过，随着技术的进步和成本的降低，一台普通三维打印机的成本有望比1985年的激光打印机还要低。

但生物三维打印机也面临着诸多挑战，其中之一是其打印出的物体如何与身体其他器官尤其是大的组织更好地结合，因为任何打印出来的器官或身体组织都需要同身体的血管相连，而这可能非常难实现。一旦克服了这个技术障碍，在未来几十年内，生物打印技术将成为一项标准技术。

产权保护

三维打印技术的意义不仅在于改变资本和工作的分配模式，而且也在于它能改变知识产权的规则。该技术的出现使制造业的成功不再取决于生产规模，而取决于创意。然而，单靠创意也不够，模仿者和创新者都能轻而易举地在市场上快速推出新产品。因此，竞争优势可能将前所未有地变得比以前更短。[4]

一旦物品能用数字文件来描述，它们就会变得很容易复制和传播，当然，盗版也会变得更加猖獗，就像音乐工业出现的情况一样。当一个新玩具的草图或一双鞋的设计方案在网上流传时，其知识产权的拥有者会失去更多，因此，人们在知识产权领域进行的斗争会更加激烈。并且，随着开源软件、新的非商业模式的出现，三维打印技术需要比目前更加严谨还是更加宽松的法规还有待验证。