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新奇特永远是礼品圈的宠儿,跟传统制造的产品相比,通过3D 打印机制造的新产品将融新材料、纳米尺度以及印刷电子器件于一体,拥有堪称神奇的新特性.
近日,一件青瓷牛雕成为国内众多人瞩目的焦点.这匹不过一方镇纸大小的瓷牛,从尖锐的牛角到遒健的牛尾,全身细节栩栩如生.
龙泉青瓷历经千年,这是第一件借助3D打印技术制作的作品.
3D 打印技术被视为一次全新的产业革命,正在深刻改变传统制造业的面貌.拿青瓷的制造来说,一件人物肖像雕塑,过去手工制作可能要耗费一个月时间,通过3D 扫描打印,几个小时就能完成,生产流程大大缩短.3D 打印成品与原型相比分毫不差,还能任意变化大小.
如此神奇动人的高科技当下可谓赚足眼球,不由得有人惊呼：“3D 打印,你要逆天而行,改变世界吗?”接下来,我们揭开3D 打印的神秘面纱.
3.D 打印技术发展史
3D 打印技术是实现加式制造的一种方式.在很多文献中,将加式制造等同于3D 打印技术.加式制造的主要特征就是利用逐层增加材料的方式生产各种产品,无须模具,因此也被称为无形制造技术（Freeform Fabrication,简称FF或FFF）.加式制造的思想也是自古有之.从远古时期至今,房舍楼宇的构建技术始终体现了加式制造的思想.工业时代早期,就有许多加式制造的技术和专利出现.根据美国学者所查出的世界上相关加式制造专利和技术,现代的加式制造有两个源头：照相雕塑（Photosculpture）技术和地貌成型（Topography）技术,分别始于1860 年法国人Willeme的多照相机实体雕塑专利和1890 年美国人Blanther 的分层应急地貌图专利.我们认为,照相雕塑更接近从3D 模型数据产生物体的过程,因此更能体现加式制造的思想.特别是1951 年Munz 的专利,十分清楚地展示了现代立体印刷（Stereolithography）的特征.
现代加式制造技术直接起步于1968 年Swainson 的专利、1972 年Ciraud 的专利和1979 年Housholder 的专利,分别开创了激光三维论文范文成型、直接粉末沉积和粉末激光烧结等加式制造技术.一般认为,1972 年德国人Ciraud 提出的利用激光能量光束进行粉末沉积,实现分层叠加成型的技术,是世界上第一个成功的现代加式制造过程.从上世纪80年代起,各种各样的加式制造技术大量出现,并在许多领域里进行了创造性的应用,形成今天的加式制造,特别是3D 打印技术的新局面.
国外3D 打印发展到什么程度
3.D 打印技术在美国已经形成产业化,目前美国3D 打印市场主要分为两类公司.
一类是以生产研制打印机为主的公司,如3D Systems,Stratasys,MarkerBot,Formlabs 等,其中3D Systems 是全球最大的3D 打印机生产商,该公司不仅提供打印机,还出售打印机配套的原材料、相关软件,并为客户提供培训,涉及的行业包括模具、医疗、教育、珠宝、建筑等.
另一类则是以3D 打印机为基础,以服务大众为主的社会制造公司,其中最著名的两个公司为Shapeways 和Quirky.Shapeways 公司于2007 年创立于荷兰,后将总部移至美国纽约市,截至目前,公司已获得两轮投资,第一轮金额为510 万美元,第二轮为620 万美元.2012 年10 月,该公司在纽约皇后区的“未来工厂”投入运营.“未来工厂”就是50 台工业3D 打印机,通过Facebook 和Twitter 等社会媒体,接受客户的各种产品的三维设计方案,并在数天内完成产品的打印生产,然后寄送给客户.同时,该公司还为商家和设计者设立平台,使他们可以利用公司的3D 打印机生产并销售自己设计或收集的产品,目前该公司已有近15 万个平台会员,6000 余名设计者,至2012 年6 月20 日,已经打印了100 多万个3D 产品.
Quirky 公司于2009 年成立于美国纽约,至今已获近亿美元的风险基金.Quirky 的特色是众包：公司通过Facebook和Twitter 等社会媒体接收公众提交的产品设计思路,并由公司的注册用户进行评论和论文范文表决,如此每周挑选出一个产品进行3D 打印生产,参加产品设计和修正过程的众包人员可分享30% 的营业额.公司还进一步将众包设计改进的过程同时转化为通过社会媒体来推荐相应产品的过程,创造性地拓展了销售市场.目前,该公司每年仅生产60 种产品,产品的提交费由最初的99 美元降至现在的约10 美元,公司的注册用户每月以20% 的速度增长,已达30 万人,而网上社区注册用户达26 万.公司有望今年获利100 万美元,已向发明者支付了200 多万美元的授权费.Quirky 的一个成功例子是一位中学生所设计的“PivotPower”插线板,今年已获50 万美元的净收入,该中学生的收入超过5 万美元.
尽管美国在3D 打印的整体技术上领先全球,但在基础研究设施、研发组织和政府支持上,欧盟明显领先.首先,欧盟在政府研发方面的投入力度要大于美国（不计不公开的国防军事投入）,著名的大型合作项目包括英国的加式制造创新中心、欧盟第六框架项目大航空航天组件快速生产RAPOLAC（Rapid Productionof Large Aerospace Components,大型航空航天部件快速生产）,全程专注航空航天的论文范文D（Shaped Metal Deposition,成型的金属沉积）技术等等.其次,欧洲工业界也主动组织形成3D 打印产业群,共同开发加式制造的市场.一度形成原始创新技术源于美国,但其后的研发和应用及商业化却是由欧盟等国家完成的局面.
3d打印制造:3D打印制造比指甲还小的圆锯
近几年来,美国明显加大、加快了对3D 打印技术研发的组织力度,但仍然是以企业和大学及科研机构等半政府、半民间的组织为主导力量.2009 年,以美国相关大学为主的“加式制造路线（RAM）研讨会”就未来5 到10 年的技术发展进行了广泛的讨论,并发表了较有影响的路线图研讨报告.根据这一报告的建议,由爱迪生焊接研究所（EWI）牵头于2010 年成立“加式制造共同体AMC（Additive ManufacturingConsortium）”,试图将相关的制造商与供应商同大学与研究机构联结成为一个互动良性发展促进的生态组织,共同解决3D 打印技术中还存在着的大量问题.AMC 目前已有30 余家企业、研究所、大学、军方和政府等机构成员,以金属材料的加式制造技术为主,每季度活动一次.目前,AMC 整合EWI 及其成员的设备、技术和专业知识,初步构成了一个分布式、网络化的加式制造“国家实验平台中心NTBC（National Test Bed Center）”.
AMC 和NTBC 的使命就是提高3D 打印加式制造技术的成熟度,促进相应的产业投资,在全美范围内将这一新兴的制造方式早日转化为主流的制造方式.自2011 年起,AMC 每年都向其会员发布加式制造的现状报告.此外,近三年来美国政府、军方及企业还多次组织了3D 打印技术的有奖挑战大赛,希望以此加速相关技术的发展、应用和普及.
3D 打印与社会制造2012 年9 月19 日, 著名科技杂志《Wired》的主编Anderson 以危言耸听般的标题“The New MakerBot ReplicatorMight Just Change Your World（新的MakerBot Replicator 或将改变你的世界）”描述了新型3D 打印机的进展情况.根据该报道,MakerBot 公司新推出的低端3D 打印机Replicator 2 的论文范文仅为2199 美元,高端的 Replicator 2X 也只有2799 美元；并且,几年后论文范文可能会降到99 美元；届时,每个人都将拥有3D 打印机,比计算机还要普及.在2011 年美国加式制造现状的许多报告中,3D 打印的个人使用和世界范围的应用已被列为最新的发展趋势.
这意味着“长尾效应”常态化将在生活和产业中成为现实,意味着个性化的规模化和经济化,意味着社会制造时代的来临：在这个时代里,社会需求将同社会制造能力实时无缝地衔接,搜索就是制造,搜索就是生产,搜索就是消费.原因十分简单,减式制造依靠规模生产降低成本,但绝大多数的需求并不需要规模生产,属长尾范围,过去只能由手工制作或归为奢侈品来满足,而现在可以通过3D 打印技术高质量且经济地解决.3D 打印成本的下降和应用的普及,意味着加式制造的Microsoft、Oracle、Yahoo、Amazon、Google、论文范文、阿里巴巴、Facebook、Twitter 和微博时代的同时到来.正如Google 依靠大规模的计算机服务器阵列来满足人们信息搜索的需求,从而改变人类生活与工作方式一样,我们可以设想未来的3D 打印机组成大规模的制造阵列,实时方便地满足人类对各种个性化产品的物质需求,进而更加深刻地改变我们生活的社会.
社会制造最大的特色就是消费者可以将需求直接转化为产品,即“从想法到产品”,并使得任何人都能通过社会媒体和众包等形式参与设计、改进、宣传、推广、营销等过程,并可以分享其产品的利润.简言之,社会制造就是利用3D打印、网络技术和社会媒体,通过众包等方式让社会民众充分参与产品的全生命制造过程,实现个性化、实时化、经济化的生产和消费模式.
发展瓶颈及应用前景
3D 打印的发展瓶颈可归为如下四个因素：一是原材料因素：能够用于3D 打印的材料非常有限,主要为塑料、陶瓷等容易塑形的材料,而且很多材料的强度和硬度都无法达到预期.二是论文范文因素：目前大多数个人3D 打印机售价在2 万元左右,一些国内仿制品论文范文可以低到5000 元左右甚至更低,但其打印精度和质量很难保障.高精度3D 打印机论文范文非常昂贵,一般售价在几十万到几百万元之间.三是打印前后期处理：对于一个非专业的设计人员,设计富有个性化的模型需耗费大量时间,并在打印过程中需要对模型反复调整和修改.除此之外,通常打印完成后,对于打印的成品还需进行一些后续处理,如打磨、烧结、组装或切割等,需要大量的手工工作.四是缺乏行业标准：目前国内生产PLA 和ABS 材料的厂家有数十家,对于同一型号的3D 打印机,选取不同厂家的材料打印出来的产品质量大不相同,且3D 打印机生产商一般都捆绑式出售3D 打印材料,缺乏打印原材料的统一标准,导致打印材料论文范文和成本很难降低,难以形成产业链.
未来5-10 年,随着技术的不断进步及市场需求的不断扩大,3D 打印将对许多相关行业带来影响和冲击.
对软件行业来说,3D 打印使3D 模型设计者成为主流设计人群,形成3D 设计师职位；3D 制图软件的种类会越来越多,操作会更加简单化；在线协同制作3D 模型变得日常化,类似于office 软件一样普及；关于3D 广告设计与3D 模型的安全存储等业务将会引起人们的重视.
对材料行业来说,通过目前打印材料提供商之间的竞争和市场规律的作用,最终将会形成3D 打印材料的统一标准,形成一个规范的3D 打印材料的产业链.3D 打印的材料种类会不断增加,材料的成型性能将不断改进,以满足不同行业的需求.
对自动化行业来说,随着3D 打印技术的不断发展,3D打印机对控制算法的要求会越来越高.为了能提高模型成型的质量,同时降低成型的时间,现有的控制算法将被逐步改进或取代.并且为了能使3D 打印机支持多种材料打印,相关的配套硬件需要重新设计.
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3d打印制造引用文献:
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