3D打印技术现状分析.doc

3D打印技术现状分析 3D打印技术的发展，实际上是成型工艺、原材料和设计程序这三大要素螺旋式创新的过程。从三要素的发展历史看，以上三者互为支撑，彼此勾连，其中一个要素的突破往往能为另外两大要素提供技术支持，从而为3D打印产业链的应用打开更广阔的空间，改善其在各个细分市场上的性价比。从3D打印发展阶段看，目前我们正处于控制物体形状的初级水平，未来将向着控制物质构成的方向发展。也就是说，不仅仅塑造外部几何形状，而且要实现多元材料、多元结构的同时打印，从而创造特定形状、特定功能的全新材料。??? 从更加长远的愿景看，未来的3D打印，将超越对物体形状、结构的控制，将会把程序编写进材料，使其具备我们所需要的功能。我们不再打印被动的零部件和材料，而是打印能够感知、反应、计算和行动的智能系统。??? 图1：3D打印技术的三要素及其发展趋势 ??? 表1：3D打印三要素的发展历史和未来的发展方向 ??? 成型工艺方面，提高打印精度、速度，多材料同时打印、降低成本是成型工艺当前的发展趋势。如表4所示，目前主要有选择性沉积、选择性黏合以及分层超声波焊接三大主流技术路线。从成型工艺的发展历史看，在20世纪80、90年代，三大技术路线都已经出现，并逐渐成熟；21世纪初以来，革命性的工艺已鲜有问世，技术进展主要体现在已有的三大技术路线的精益求精上。??? 当前主要的发展趋势有三个：一是提高打印精度和速度，但二者性能的提升似乎又是个悖论，打印精细程度的上升往往意味着加工速度的减慢，如何将二者兼顾有赖于技术进步；二是研发能支持更多打印原材料的设备，比如最近十年发展最快的金属材料，而未来，多元材料同时打印将是3D打印成型工艺发展的核心。三是为了3D打印更为广泛的应用，降低打印设备的成本，尤其是降低其中诸如激光发射器等核心部件的成本是未来重要的发展方向。事实上，开源3D打印机系统已使得简易的个人3D打印机的成本大幅下降，自行设计3D打印机已成为可能。??? 表2：目前3D打印的主流技术路线 ??? 图2：Reprap原型机从软件到硬件的各种资料都是免费和开源的 ??? 设计程序其实是经常被人忽视的领域，但事实上，它的设计精度以及目前软件对成型工艺的支持程度远未达到理想状态。它大致可以分为3D建模设计和3D打印机固件程序两部分。在3D建模软件方面，目前已从简单的实体建模提升到曲面建模（广泛用于动画CG制作）以及光学扫描（如三维扫描、点云等）的阶段，但缺陷在于无法实现对模型内部结构的详细刻画，同时，分辨率的提升也面临计算机处理能力的瓶颈。固件程序语言方面，目前最广泛应用的是3D打印机发明人查克.赫尔在1987年发明的STL语言，但这种语言是和当时的成型工艺相配合的一种因陋就简的语言，对于当前更高的精度、多元材料的成分控制均已力不从心。??? 基于此，未来的设计程序的发展趋势有三个，一是在3D建模方面实现对物体内部结构的刻画，二是实现对多元材料同时打印的控制，三是革新STL语言，使3D打印机固件能够读取更为复杂、海量的3D模型数据，事实上，2010年已出现了一种更完善的AMF语言格式，正在逐渐取代STL的传统领地?