一、概念

（1）3D 打印

3D 打印技術（3D Printing）是快速成型技術（Rapid Prototyping Manufacturing）的一種，它也被叫做增材制造（ additive manufacturing）。它的基本原理是，把一個通過設計或者掃描等方式做好的 3D 模型按照某一坐標軸切成無限多個剖面，然后一層一層的打印出來并按原來的位置堆積到一起，形成一個實體的立體模型，聽起來跟高等數學中的積分有些類似。

說到 3D 打印，又就不得不提3D打印機：3D打印機又稱三維打印機，是一種累積制造技術，通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體。現階段三維打印機被用來制造樣品。 2003 年以來三維打印機的銷售逐漸擴大，價格也開始下降。

該技術可用于珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車、航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程和許多其他領域。

最早的 3D 打印出現在上個世紀的 80 年代，價格極其昂貴且所能打印的產品數量也少得可憐。

過程原理：

3D 打印技術每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區域仍保持松散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可 “刨”出模型，而剩余粉末還可循環利用。

3D 打印技術使用膠水和粉末都是經過處理的特殊材料，不僅對固化反應速度有要求，對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。

技術優勢：

3D 打印技術最突出的優點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本。與傳統技術相比，三維打印技術還擁有如下優勢：通過摒棄生產線而降低了成本，大幅減少了材料浪費。而且，它還可以制造出傳統生產技術無法制造出的外形，讓人們可以更有效地設計出飛機機翼或熱交換器。另外，在具有良好設計概念和設計過程的情況下，三維打印技術還可以簡化生產制造過程，快速有效又廉價地生產出單個物品。

另外，與機器制造出的零件相比，打印出來的產品的重量要輕 60％，并且同樣堅固。

與之相對應的兩種技術是切削和鑄塑，但相比這兩種技術，3D 打印技術有自己的優勢，那就是不像切削那樣浪費材料，也不像鑄塑那樣要求先制作模具。一次成型，快速個性化定制是它的重要特點，這在小批量，多品種的生產中占有非常大的優勢。

（2）3D打印機（3D Printer）VS 傳統打印機

雖說3D打印機與傳統打印機是兩類產品，但他們的工作原理還是挺像的，你能在 3D 打印機上看到噴墨打印機和激光打印機的影子。可能他們之間最大的不同在于：①3D 打印與傳統打印機相比，它能利用的材料更豐富，從沙子、塑料、橡膠、尼龍到玻璃、鋼鐵，這些材料是不能被傳統打印機利用的；②傳統打印機用來打印平面圖形，是二維的，在打印過程中需要控制的是輸入的字和圖形在平面上的位置（橫縱軸，X/Y 坐標），而 3D 打印機不光要控制一個點在平面上的位置，還要控制它在空間上的位置，或者說，給它加個 Z 坐標，控制它的 X/Y/Z 坐標，這樣才能把一個單位的材料放在一個指定的位置，形成一個立體模型。

二、3D 打印的歷史

1984 年，Ultra Violet Products 公司的 Charles Hull 開始研發 3D 打印技術，1986 年，他自立門戶，成立了現在的 3D 市場領軍者之一 3D Systems 公司（NYSE: DDD），并發布了第一款商用的 3D 打印機，2012 年 1 月，他們收購了另外兩家 3D 打印公司 Zcorp 和Vidar Systems；

1988 年，Scott Crump 發明了 FDM（溶融沉積制模）技術，并與 1989 年成立了現在的另一家 3D 打印上市公司 Stratasys（NASDAQ:SSYS），最近，Stratasys 還收購了以色列的 Objet公司。

1996 年，媒體第一次使用“3D打印”這個詞來稱呼當時的快速成型機，后來取代了之前的稱謂，成就了現在流行的 3D 打印這個概念；

2008 年，開源 3D 打印項目 RepRap 發布“Darwin”，3D 打印機制造進入新紀元；同年，Objet 推出 Connex 500，讓多材料 3D 打印成為可能。

如今，3D 打印已經慢慢融入科研、生產、藝術設計、醫療等領域，打印出了巧克力、血管、腎臟、飛機、自行車、汽車、玩具、房子、衣服等等產品，已經開始慢慢改變我們的生活。

三、一些主流的技術手段

（1）選擇性激光燒結（Selective laser sintering，簡稱SLS），這種技術得用的材料為熱塑性塑料，金屬粉末，陶瓷粉末等；
（2）直接金屬粉末激光燒結（Derect metal laser sintering，簡稱DMLS），可以利用幾乎任何合金作為材料；
（3）熔積成型（Fused deposition modeling，簡稱FDM），可利用熱塑性材料，金屬、可食用材料等進行成型制造；
（4）薄材成型（Laminated object manufacturing，簡稱LOM），舉個例子，把一張張的紙鋪上去累積而成的模型，當然金屬膜，塑料膜也可以；
（5）光固化（Stereolithography，簡稱SLA），可利用的材料是光敏樹脂等聚合物；
（6）熔絲制造（Fused Filament Fabrication，簡稱FFF），利用PLA，ABS等材料；
（7）熔融擠壓成型（Melted and Extrusion modeling，簡稱MEM），可以搞定一些金屬，塑料等；
（8）選擇性熱燒結（Selective heat melting，簡稱SHS），可以把一些熱塑性的粉末變成三維立體模型；
（9）利用石膏的 3D 打印，好處是上色非常容易，可以打出彩色的模型等等。

四、3D 打印的未來

雖然 3D 打印技術已經出現了近 30 年，但它還仍然沒有真正像個人電腦那樣走進千家萬戶，成為我們生活的必需品。盡管最幾年 3D 打印相關的技術正在日新月異的變化著，但它似乎還離我們的期待有一定的距離。那我們不妨根據我們的需求來暢想一下未來的 3D 打印的發展方向。

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（1）材料越來越豐富

11 月，Objet 新推出的大型 3D 打印機 Objet 1000 已經支持打印 140 種材料，每次打印可同時利用其中的 14 種，相比初級的單頭單色單材料的 3D 打印機它已經非常強大，但我們生活中用到的物品是多種多樣的，只有更豐富更實用的材料才能讓 3D 打印盡快的融入生產和生活。

（2）實用性越來越高

從簡單的原型開發，到打印巧克力，到飛機上的鈦合金部件，3D 打印的成品已經越來越實用，相信隨著未來材料、機械、電子等方面的進步，3D 打印機很快發揮更大的作用。

（3）精度會越來越高同時速度更快

如果你把精度不高或者速度太慢當作否定 3D 打印的觀點的話，我只能說：每一種改變世界的技術都會經歷同樣的階段，不管是火藥還是計算機。怕的是你發現不了問題，沒辦法改進它。現在既然我們知道它的缺點，工程師們就一定會解決掉這些問題，這只是時間問題。

（4）家庭化、個人化、價格下降

每個家庭都有一臺打印機，就像每個家庭都擁有電腦、手機一樣？這是有可能的。現在最便宜的打印機已經賣到了 300 美元左右，甚至你還可以利用網絡上開源硬件的相關資料自己制作一臺。每個家庭都需要一臺 3D 打印機嗎？也許是的。隨著 3D 打印機的功能越來越強大，能打印的東西越來越實用，越來越多，包括價格越來越便宜，相信很多人都會忍不住買一臺放家里，不管是制作裝飾藝術品還是一些簡單實用的生活用具，它還是很有實用價值的。