數(shù)字化增材制造技術(shù)的中國(guó)發(fā)展機(jī)遇分析

3D打印是一種通過材料逐層添加制造三維物體的變革性、數(shù)字化增材制造技術(shù)。這種技術(shù)被認(rèn)為這將是美國(guó)重塑制造業(yè)、逆轉(zhuǎn)中國(guó)制造壓倒性優(yōu)勢(shì)的最后機(jī)會(huì)。而在中國(guó)，3D打印也成為繼云計(jì)算之后，又一個(gè)在產(chǎn)業(yè)界、投資界和政府科技部門走俏的新潮概念。

3D打印技術(shù)最有可能在短期內(nèi)以最少爭(zhēng)議獲得的較普遍應(yīng)用，很可能是教育領(lǐng)域。借助3D打印技術(shù)，邊做邊學(xué)、觸覺教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力將不再成為一句空話。更重要的是，課堂將能夠更逼真的模擬工廠等生產(chǎn)、實(shí)踐環(huán)境，“幫助學(xué)生更早、更安全地失敗”。打比方說，未來的醫(yī)學(xué)生將不必遭遇如今的尷尬（非得在畢業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)才到醫(yī)院門診、住院部接觸真實(shí)的治療），而可以通過3D打印提供的原型化工具，開展解剖等多方面操作訓(xùn)練。同樣，建筑專業(yè)學(xué)生將得益于更早、更充分的實(shí)操訓(xùn)練，通過“更早、更安全地失敗”，提高建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量。

最讓人期待的3D打印技術(shù)應(yīng)用，是生物打印。這項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)可以為人們帶來“打印”的義齒，在可預(yù)期的未來，也將涌現(xiàn)出“打印”的骨頭關(guān)節(jié)、心臟瓣膜；但究竟什么時(shí)候能出現(xiàn)3D打印出的整段性的骨骼、皮膚、肌肉組織、內(nèi)臟器官、大腦，尚未可知。如果上述一系列的目標(biāo)都得以實(shí)現(xiàn)，人們可以在理論上按需替換衰竭、病變、受到嚴(yán)重創(chuàng)傷的器官，從而獲得所謂的“永生”，甚至隨意打印出多個(gè)“自己”，必然帶來極大的倫理挑戰(zhàn)。

3D打印技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)秩序乃至法律制度形成了挑戰(zhàn)，并將隨著技術(shù)進(jìn)一步細(xì)化創(chuàng)新，發(fā)揮出越來越大的破壞力。在美國(guó)，借助3D打印繞開槍支管制法規(guī)，自行造槍已有個(gè)例�！按蛴　彼幬锏募夹g(shù)難度也很低，極可能加劇如今已經(jīng)很嚴(yán)重的藥物濫用問題。知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專*保護(hù)體系岌岌可危。3D打印“眾包”制造模式生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，受害者將無從通過現(xiàn)有的法律制度維權(quán)。政府部門應(yīng)當(dāng)對(duì)這些漸趨明朗的問題保持高度關(guān)注，密切追蹤技術(shù)進(jìn)步及其引發(fā)的多方面問題的變化，而不是把注意力都放在“打造”3D打印產(chǎn)業(yè)之上。

3D打印技術(shù)有哪些分類？

3D打印技術(shù)實(shí)際上是一系列快速原型成型技術(shù)的統(tǒng)稱，其基本原理都是疊層制造，由快速原型機(jī)在X-Y平面內(nèi)通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z坐標(biāo)間斷地作層面厚度的位移，最終形成三維制件。目前市場(chǎng)上的快速成型技術(shù)分為3DP技術(shù)、FDM熔融層積成型技術(shù)、SLA立體平版印刷技術(shù)、SLS選區(qū)激光燒結(jié)、DLP激光成型技術(shù)和UV紫外線成型技術(shù)等。

3DP技術(shù)：采用3DP技術(shù)的3D打印機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印技術(shù)，通過將液態(tài)連結(jié)體鋪放在粉末薄層上，以打印橫截面數(shù)據(jù)的方式逐層創(chuàng)建各部件，創(chuàng)建三維實(shí)體模型，采用這種技術(shù)打印成型的樣品模型與實(shí)際產(chǎn)品具有同樣的色彩，還可以將彩色分析結(jié)果直接描繪在模型上，模型樣品所傳遞的信息較大。

FDM熔融層積成型技術(shù)：FDM熔融層積成型技術(shù)是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機(jī)器工作臺(tái)下降一個(gè)高度（即分層厚度）再成型下一層，直至形成整個(gè)實(shí)體造型。其成型材料種類多，成型件強(qiáng)度高、精度較高，主要適用于成型小塑料件。

SLA立體平版印刷技術(shù)：SLA立體平版印刷技術(shù)以光敏樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制激光按零件的各分層截面信息在液態(tài)的光敏樹脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層。一層固化完成后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離，然后在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，直至得到三維實(shí)體模型。該方法成型速度快，自動(dòng)化程度高，可成形任意復(fù)雜形狀，尺寸精度高，主要應(yīng)用于復(fù)雜、高精度的精細(xì)工件快速成型。

SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)：SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)是通過預(yù)先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末），然后讓激光在計(jì)算機(jī)控制下按照界面輪廓信息對(duì)實(shí)心部分粉末進(jìn)行燒結(jié)，然后不斷循環(huán)，層層堆積成型。該方法制造工藝簡(jiǎn)單，材料選擇范圍廣，成本較低，成型速度快，主要應(yīng)用于鑄造業(yè)直接制作快速模具。

DLP激光成型技術(shù)：DLP激光成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似，不過它是使用高分辨率的數(shù)字光處理器(DLP)投影儀來固化液態(tài)光聚合物，逐層的進(jìn)行光固化，由于每層固化時(shí)通過幻燈片似的片狀固化，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術(shù)速度更快。該技術(shù)成型精度高，在材料屬性、細(xì)節(jié)和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。

UV紫外線成型技術(shù)：UV紫外線成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似類似，不同的是它利用UV紫外線照射液態(tài)光敏樹脂，一層一層由下而上堆棧成型，成型的過程中沒有噪音產(chǎn)生，在同類技術(shù)中成型的精度最高，通常應(yīng)用于精度要求高的珠寶和手機(jī)外殼等行業(yè)。

3D打印給制造業(yè)帶來的改變

3D打印機(jī)的應(yīng)用對(duì)象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Objet公司認(rèn)為，3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。當(dāng)前，3D打印技術(shù)以其低成本、高效率等顯著特點(diǎn)已經(jīng)滿足了眾多行業(yè)的發(fā)展需求，預(yù)計(jì)在2013年將有望成為全球行業(yè)發(fā)展的主流技術(shù)。

你或許會(huì)乘坐上由3D打印機(jī)生產(chǎn)的零件組裝的飛機(jī)去旅行，事實(shí)上，目前已經(jīng)有正常運(yùn)行的飛機(jī)配置有3D打印零件。同樣，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)開始被應(yīng)用于諸如國(guó)防和汽車等行業(yè)，直接進(jìn)行批量生產(chǎn)。總體來講，用于飛機(jī)、汽車、零配件等制造業(yè)的3D打印機(jī)數(shù)量已經(jīng)超越了你的預(yù)期。

3D打印已經(jīng)應(yīng)用到更高質(zhì)量鈦骨骼器官、假肢和牙齒領(lǐng)域。目前這項(xiàng)技術(shù)正在嘗試在一些軟組織器官進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，未來或許會(huì)應(yīng)用到人體靜脈和動(dòng)脈里面。3D打印技術(shù)在當(dāng)前醫(yī)療行業(yè)研究主要方向?yàn)榧{米治療、藥品和人體器官領(lǐng)域�？梢约傧�，當(dāng)人體器官捐獻(xiàn)者數(shù)量減少時(shí)，3D打印技術(shù)將會(huì)成為人類生命的“救星”。

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