时间：2023-05-29 18:19:20
[关键词]3D打印技术；3D打印材料；发展趋势与现状
中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0101-01
前言：3D打印，又称作增材制造，是快速成型技术的一种。3D打印技术将信息技术与工业制造相结合，以柔性化的生产方式来满足不断增强的个性化需求，实现了制造技术的革命性突破，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。其方便快捷、能够提高材料利用率等优势不断显现，与传统制造的结合也更加紧密，不断推动传统制造业的转型升级。材料是3D打印的物质基础，也是当前制约3D打印发展的瓶颈。目前，我国的3D打印技术在某些领域处于世界领先水平，但在产业化应用方面与国外的差距较大，除了产学研用相脱节等问题，上游原材料制约也是阻碍3D打印产业化发展的重要原因。文章综述了3D打印材料的发展现状，重点介绍了用于3D打印的几类主要材料，并指出了当前3D打印材料发展所面临的问题及其发展趋势。
1.3D技术的概述和3D打印材料的介绍
1.1 3D技术的概述
3D打印技术最早起源于19纪末的美国，于20世纪80年代得到实现与发展。随着智能制造的进一步发展成熟，3D打印技术在打印材料、精度、速度等方面都有了较大幅度的提高，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用于制造领域。与传统的去除材料加工技术不同，3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，又称为快速成型技术或增材制造技术。3D打印技术可以在很大程度上提高制作效率和精密程度，可使用的材料种类非常丰富，以生物细胞为材料可打印出器官、骨骼；以沙子为材料可打印建筑；以玻璃为材料可打印玻璃制品；以金属为材料可打印机械零件等。目前，3D打印技术主要应用于产品模型、模具制造、文化创意、航空航天、生物医疗、艺术创作以及个性化定制等领域，为创新开拓了广阔的空间。
1.2 3D打印材料的介绍
3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。3D打印所用的这些原材料都是专门针对3D打印设备和工艺而研发的，与普通的塑料、石膏、树脂等有所区别，其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。通常，根据打印设备的类型及操作条件的不同，所使用的粉末状3D打印材料的粒径为1-100μm不等，而为了使粉末保持良好的流动性，一般要求粉末要具有高球形度。工程塑料工程塑料指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。工程塑料是当前应用最广泛的一类3D打印材料。
2.3D打印技术的发展现状及其发展趋势
2.1 3D打印技术的发展现状
相形之下，我国3D打印材料发展起步晚、底子薄，需要加大投入和研发力度，以适应国内市场发展的需要，提高其国际竞争力。追本溯源，我国自20世纪90年代开始3D打印技术的自主研发，清华大学、华中科技大学、西安交通大学、北京航空航天大学等在3D打印设备制造技术和材料技术等方面进行了积极的探索和大胆的尝试，取得了一定的成绩，部分技术甚至处于世界领先水平，
2.2 3D打印技术存在的问题
目前，我国具备生产3D打印材料能力的企业较少，大部分3D打印材料依赖进口，特别是金属粉末材料严重受制于他国。这是因为3D打印对金属材料的要求较高，而我国制造满足这些要求的金属材料技术还不过关。此外，与美国、德国等3D打印材料技术比较成熟的国家相比，我国3D打印材料质量不稳定、品种较为单一，部分研发的实验材料也依赖进口。除此之外，材料成本高昂。3D打印材料制造成本高是目前存在的普遍问题。由于3D打印材料种类有限、材料专用性较强、下游应用市场还没有完全培育起来，所以现阶段3D打印材料无法实现规模化生产，生产成本居高不下。
2.3 解决3D打印技术问题的相应措施
3D打印技术的核心在于材料。如果突破材料对3D打印技术的限制，那么3D打印产业成功实现快速发展将前景可期。目前，我国3D打印材料产业虽然处于刚刚起步的阶段，材料研发和应用水平与美欧等发达国家相比还有差距，但是，加大对3D打印用材料的投入和研发，走独立自主的发展之路，对我国抢占新一轮制造业发展制高点意义重大。加强我国3D打印材料的供给保障。多样化的材料来源和稳定的材料供给是3D打印产业发展的根本。加大材料的深度研发和产学研合作。3D打印产品的质量和特性取决于材料，不仅材料本身种类、成分、特性对3D打印产品的特性有影响，材料的制造工艺也对3D打印产品的强度、模量、弹性等功能特性起到决定性作用。推动3D打印产业上下游领域全方位的合作。3D打印材料的产业化应用必须与3D打印设备、下游3D打印产品同步进行，即加强上下游各个环节的研发生产合作，带动3D打印材料的产业化应用，方能取得突破性的进展。建立完善3D打印材料支持政策和标准。对于处于产业化发展初期的3D打印材料产业，加强政府支持和规范行业标准是必要的。加大政府对3D打印配套的材料企业的政策和资金扶持，对研发生产3D打印材料的企业给予税收减免或财政补贴，鼓励企业积极进行材料研发，最终形成3D打印产业领域标准全面覆盖的局面。
3.结语
近年来，3D打印技术得到了快速的发展，其实际应用领域逐渐增多。但3D打印材料的供给形势却并不乐观，成为制约3D打印产业发展的瓶颈。目前，我国3D打印原材料缺乏相关标准，国内有能力生产3D打印材料的企业很少，特别是金属材料主要依赖进口，价格高。这就造成了3D打印产品成本较高，影响了其产业化的进程。因此，当前的迫切任务之一是建立3D打印材料的相关标准，加大对3D打印材料研发和产业化的技术和资金支持，提高国内3D打印用材料的质量，从而促进我国3D打印产业的发展。可以预计，3D打印技术的进步一定会促进我国制造业的跨越发展，使我国从制造业大国成为制造业强国。
参考文献
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[3] 黄秋实，李良琦，高彬彬.国外金属零部件增材制造技术发展概述[J].国防制造技术，2012（5）：26-29.
关键词：3D打印机；复杂性零件；成型原理；打印流程
0引言
3D打印机的加工方式以低速静态为主，随着现代制造技术的发展，对加工材料提出了更高的精度和速度要求。随着科学技术的发展，制造业生产领域技术不断提高，生产产品的竞争越来越激烈，如果能缩短产品的开发周期，加速产品的设计速度，将成为制造业这一行业的一大优势。在生产产品的设计与研发中主要应用计算机辅助技术，如CAD（计算机輔助设计）、CAM（计算机辅助制造）、（CAE）计算机辅助工程、并行工程（ConCurrentEngineering）等，随着这些技术的应用，使得生产产品开发周期大量的缩短。然而，由于在计算机辅助技术设计和加工产品时，加工设备自身的局限性，零件设计与产品加工有很强的关联性，有时因工艺、材料、设备等因素影响零件的功能。
3D打印机的应用，使得这些问题得到了一定程度的改善，其特点在于独特的增加材料加工技术降低了零件的加工难度，而且便于去除支撑材料，解决了许多传统加工方法无法解决的问题。
3D打印机的发展不仅成为未来世界新的创造性科技，更是掀起了世界性制造业革命的热潮，不仅改变了多年来制造业的生产方式，也进入到我们的日常生活。3D打印机作为一种高科技设备，综合应用了CAD技术、CAM技术、激光学、光化学及材料科学等诸多方面的科学与技术。它使得产品设计、工业设计、建筑设计及医疗用品设计等领域的研发者，能够快捷方便地获得三维实物模型，方便后期的设计。所以材料在3D打印中占关键作用。
1高分子材料背景
3D打印技术是快速成型技术的一种。它是一种以数字模型文件为基础，运用高分子材料或金属粉末材料的可粘合特点，通过逐层打印的加工方式来制造产品。日常中常用的3D打印材料有三大类：无机非金属材料、金属材料和高分子材料。其中用量最大、应用范围最广、成型方式最多的材料为高分子材料。其中主要包括以下几种：
1）光敏树脂
2）高分子丝材
3）高分子粉末
目前光敏树脂则是SLA（光固化立体成型技术）的主要打印材料。
2SLA成型原理
光敏树脂是UV（UltravioletRays）树脂，由聚合物单体与预聚体组成，其中加有光（紫外光）引发剂（或称为光敏剂）。在一定波长的紫外光（l00-400nm，介于X射线与可见光之间的电磁波）照射下能立刻引起聚合反应完成固化。光敏树脂一般为液态，可用于制作高强度、耐高温、防水材料。如图1所示。
我们现在常用的3D打印光敏树脂材料大多为环氧树脂。
目前，研究光敏材料机构主要有美国3DSystems公司和以色列Ohject公司。常见的光敏树脂有UVPlus材料、UV-Pure树脂和环氧树脂。
UVPlus树脂材料为白色，塑性、韧性都非常好，基本可达到加工的尼龙材料所要求的性能，而且表面粗糙度和精度较好。制造的部件拥有良好的塑性和韧性，同时保持了光固化立体造型材料做工精致、尺寸精确和外观漂亮的优点，主要应用于汽车、家电、电子消费品等领域。
UV-Pure材料看上去更像是真实透明的塑料，具有优秀的防水和尺寸稳定性，能提供包括ABS和PBT在内的多种类似T程塑料的特性，这些特性使它很适合用在汽车、医疗以及电子类产品领域。
光固化（Stereolithography，简写SLA）该技术利用液态光敏树脂为基础材料，液态树脂在一定的光源照射下产生凝固，生产产品精度和表面粗糙度是目前所有3D打印技术中精度最高的；其工作原理是利用一定波长与强烈的紫外激光（355纳米）透过透镜、偏振镜聚焦到指定的固化位置，凝固顺序由点到线，再由线到面，形成一个平面的产品，再由升降台在Z垂直方向上下移动形成一层一层面的高度，最后固化到另外一个层面，层层叠加，加工为一个三维实体。
多喷头打印所实现的高分辨边角锐化分明，实现多材料复合打印。
3主要设备
打印设备主要参数如表1：
激光系统LASERSYSTEM
激光类型：二极管泵浦同体激光器Nd：YV04
波长：354.7mn
最低功率：300mW
重涂系统RECOATINSYSTEM
涂铺方式：智能定位真空吸附涂层
正常层厚：O.1mm
快速制作层厚：0.1～0.15mm
精密制作层厚：0.05—O.lmm
光学扫描系统OPTICAL&SCANNINC
光斑（直径@I/e2）：0.10—0.16mm
扫捕振镜：SCANLAB
零件扫描速度：推荐6.Om/s
零件跳跨速度：推荐lO.Om/s
参考制作重量：30—lOOg/h
4实际应用范例
透明的石英玻璃部件，原料：可光固化二氧化硅纳米复合材料，工艺：SLA，性能：打印出的熔融石英玻璃是无孔的，并且具有几纳米粗糙度的光滑表面，在宏观和微观尺度都高度透明，耐高温，耐化学腐蚀。并且通过在里面掺杂金属盐，还可以产生有色玻璃。实验操作图a，与阿米替林纳米粉末}昆合的紫外线固化单体在立体光刻系统中构成。所得到的聚合复合材料通过热脱脂和烧结（比例尺，7mm）变成熔融石英玻璃.b，c。印刷和烧结玻璃结构的实例：卡尔斯鲁厄理丁学院（h；比例尺，Smm）和椒盐卷饼（c；比例尺，Smm）。d，证明印刷石英玻璃（比例尺，1厘米）的高耐热性。火焰的温度约为800℃，实体图形如图5。
最小层厚16μm，保证精度lOO%REALWAX材料，铸造无残留，每年生产透明的牙齿矫正器-1700万，已有世界知名品牌
5结束语
多人没有一个稳定的住所，有许多非洲难民住在随意搭建的棚子里，不遮
风雨，你认为他们会在搬进去的时候有任何犹豫吗？不会！即使对于很多
有钱人来说，在不到一天之内打印出一套房子也是非常神奇的事。 “3D 打印”是当今很红的技术名词，在航天、医
学领域发挥着突出的制造性能，它能以形制型，按需
完成产品。而在传统工业领域，要制造一样东西，首
先要开模具，再浇铸，生产出成品。3D 打印使用的“模
具”就是电脑，电脑成形后将信息传递给3D 打印机，
3D 打印机通过喷嘴喷出快速成型的可粘合材料。
3D 打印房屋的设计概念是2012 年10 月在3D 打
印展上提出的，它并非采用固体墙壁建造，而是在骨
骼基础上建造纤维尼龙结构。这一设计被命名为“打
印房屋2.0”，采用相同的极简抽象派工艺，使用足
够的塑料来保证结构的完整性。
全世界有不同的公司在研发3D 打印房子技术。
不同公司开发的3D 打印房子有不同的种类，但体量都
相对较大，总的来说有点像水泥浇注车。而这个“水
泥浇注车”采用的“水泥”是快速成型的可粘合材料，
它可由砂浆、特制水泥与玻璃纤维等材料组合而成。
随着实验开发，可粘合材料也会有新材料重新组合。
3D 打印机所用材料的特点是轻质、可塑性强、粘合性
好、达到一定的牢度。
“轮廓工艺”
据媒体报道，由美国航空航天局出资赞助，现在
美国已经研发出“轮廓工艺”3D 打印技术，24 小时内
就可以印出大约232 平方米的2 层楼房子，大大节约
了建筑时间和建筑成本，让人类可以在移民月球或火
星后快速批量打印“外星屋”。有中国网友调侃称，“轮
廓工艺”技术或成打压房价的神器，从此北上广的“蚁
族”们再也不必蜗居地下室了。
项目负责人、南加大学教授比赫洛克? 霍什内维斯介绍说，“轮廓工艺”其实就是一个超级打印
机器人，外形像一台悬停于建筑物之上的桥式起
重机，两边是轨道，而中间的横梁则是“打印头”，
横梁移动进行X 轴和Y 轴的打印工作，然后一层
层将房子打印出来。其工作速度非常快，24 小时
内就能打印出一栋2 层楼高、2500 平方英尺（约
合232 平方米）的房子。
据悉，“轮廓工艺”3D 打印技术目前已经可
以使用水泥混凝土作为材料，按照设计图的预先
设计，利用3D 打印机喷嘴喷出高密度、高性能
混凝土，逐层打印出一道道墙壁和隔间、装饰等，
再利用机械手臂完成整座房子的基本架构。全程
由计算机程序操控。为了节省建筑材料，“轮廓
工艺”机器人打印出来的墙壁是空心的，虽然质
量更轻，但它们的强度系数约为10000psi（即
每平方英寸能够承受10000 磅压力）——远远超
过了传统房屋的墙壁，而且节省了25％的资金、
30％的材料和一半人工。“轮廓工艺”不仅可负
责打印外墙，铺地板、水管、电线，甚至连上漆、
贴墙纸也一手包办，但它并不能完全取代工人。
住宅建筑的许多部分，诸如水电、供热管道、门窗和吊顶等仍需要借助人力手工完成安装。
此外，霍什内维斯教授强调，这项新技术还可
以将建筑构件根据需要制成任意形状，不一定非得
是传统的直线型，比如可以让房屋墙面拥有弧形或
波浪形的独特外观，既丰富了建筑的美感，又符合经济及环保效益。此外，它还可以在灾区重建、
贫民区改造中大显身手。
霍什内维斯教授表示，到了2050 年，3D 打
印房子将成为一种成熟的技术，到时候坚固度将
不是首要考虑的问题，现在生产的各种高强度塑
料建材保证5 到10 年的需求是没问题的，不仅
达到了住房人群的要求，而且由于成本低廉，过
几年换一套也完全不在话下。值得一提的是，“轮
廓工艺”技术还可以运用于外太空。未来，人类
若要移居其他星球，解决住宅问题可谓首要任务。
霍什内维斯教授称，如果人类要在月球上建造栖
息地，九成建材可望取自月球土壤，其余材料则
需由宇宙飞船从地球输送。由于“轮廓工艺”可
以更快速、更环保地批量建造出适合人类居住的
建筑，可以想见，随着这项前沿技术趋于纯熟，“太
空移民”有望过上更舒适的生活。 “增材叠加”
日前，在上海张江高新青浦园区，陈列了10
栋别墅毛坯房，其中最大的一幢两层建筑长10 米、
宽6 米、高4 米。和普通别墅不同，这些房子总
共只花费了24 个小时建成，而且是整栋打印。
据了解，这批在园区展示的别墅，将经过简单装
修后用作园区的办公区。
别墅的建造者是上海盈创装饰的3D 超级打
印机。3D 打印在建筑这个领域没有炫目的名字，
原名叫“增材叠加”或“快速成型”。这种工作原理与切削原材料的传统建材制造方法相反，属
于逐层增材制造物件。3D 打印机将快速成型的可
粘合材料连续“吐”出，层层堆叠形成了一面墙。
这个过程很像做蛋糕的裱花手艺，裱花袋装着奶
油，通过裱花嘴挤出的奶油层层叠叠，形成造型。
这个3D 打印的墙体是中空的，为了加固墙体，
墙内又喷制了一些“W”形的斜梁。3D 打印建筑
的流程是连续的，喷嘴将“墨水”黏结剂浇洒到
数据对应的那些区域，浇到“墨水”的地方，砂
石材料会在24 小时内完成固化。整个打印都是
从底部开始，逐层往上，每次升高5 至10 毫米。
能够打印出别墅，最关键还是在油墨，是一种以
改良水泥混合玻璃纤维制成的材料。为使部件的
重量相对较轻，房屋采用了空心墙体。电脑制作
的3D 模型为此提供样板，操作人员可以预留门窗等部件的位置，水电等管线可以在空心墙体中
自由布置。
3D 房子打印机的拥有者上海盈创装饰董事长
马义说，自己公司早在去年就造出了建筑3D 打
印机，体积达到150m×6.6m×10m，能够“打印”
三层楼房。据称，这台超级打印机零件是全球采
购，目前是盈创的核心机密。“同样是建设两层
高的建筑，传统方法要用一个多月的时间，而3D
打印几个小时就能开发完成。”根据马义的测算，
这种打印速度比传统的建筑方式节省50% 的成本， 还可以将城市所有建筑垃圾经过处理回收到建筑
中去，使建筑更加环保、节能、耐用。
在马义看来，数字化3D 打印建筑的未来发
展方向是建筑没有钢筋，采用纤维技术和盈恒石制
造方法代替钢筋混凝土，并且比钢筋混凝土强度
高3-5 倍，实现建筑的工业化；没有建筑工人，
用制造技术加建筑机器人，实现3D 打印建筑。
当然，3D 打印房子是一项崭新的技术，业内
也呼吁不要过于冲动。专家认为，房屋是不动产，
一般住宅产权是70 年，房屋的安全性至关重要。
“它不是玩具，建好之后需要安全稳固，甚至还
要抗击一定的地震，这才会有对建筑材料、钢筋
的安全性要求，同时也有施工工艺的要求。3D 打
印的房子能不能够达到传统建筑方法的技术指
标，这还需要验证。”另外，3D 打印材料也需要
反复地验证，包括材料的坚固性、抗压性、抗震
性等。
对于3D 打印房子，行业内也认为它和传统
建造方法也并不矛盾，从目前技术成熟度来看，
需要3 至5 年才能够将3D 打印技术应用到具有
功能性的建筑体中。而且开始阶段也不会以打印
整栋房子起步，而是从部分个性化零配件起步。
关键词：3D打印 快速成型 工作原理 发展展望
中图分类号：TP391.73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（c）-0001-03
3D打印（Three Dimensional Printing，3DP），是根据数字模型，运用塑料、金属等粉末状的可粘合材料，通过逐层构造的方法来生成实体物品的一种成形技术。目前，3D打印被普遍关注，随着大部分组织和个人对其的大力推进， 3D打印技术在科学研究、航空航天、医疗等许多重要领域得到了应用，并对上述行业发展产生了极其显著的影响（见图1）。[1]因此对3D打印的调研工作非常具有价值和时效性。
1 3D打印技术的分类及原理
1.1 3D打印技g的分类
3D打印技术从20世纪90年展到现在，已发展出多个分支，为了更直观清楚并全面地表现3D打印技术的类别，故列出表1供读者查阅。
1.2 FDM技术的原理
鉴于调研的时间和条件限制，该文在此只介绍熔融沉积型技术（FDM）的原理，此技术是该文在创新项目中主要依托的技术，也是近年来世界上使用最多，得到应用最为普遍的3D打印技术，在3D打印中具有代表性。对FDM技术的开发开始于20世纪90年代，同时期电脑电子控制模块也发展迅猛，对信息技术的依托使得3D打印的产品在制造精度和速度上得到了显著提升，再加上塑料材料的便宜易得，使得FDM技术力压群雄，在所有3D打印技术中发展最为迅速。该技术通俗地说类似于“搭积木”，其使用的硬件包括：送丝机构、热熔喷头、动作控制机构、成型室、工作平台。FDM工作原理是将丝状的塑料材料，通过送丝机构挤进已提前加热的喷嘴中，材料在喷嘴中融化，从而具有流动性以供打印。动作控制装置根据数字建模将喷头送至指定位置，喷头将熔融的塑料材料挤出凝固，此时动作控制系统根据先前设定好的路径在二维平面上运动，当一层制作完成后，运动控制系统上升一层，继续按上述构造平面，最后层层堆积形成了最终的产品。其系统组成和工作原理如图2所示[5]。
2 3D打印技术的应用
当前3D打印技术应用很是普遍，限于调研的时间限制，该文仅以FDM技术和EBSM技术为例介绍3D打印技术当前的应用。FDM技术以塑料、树脂为原料，是目前为止所使用的3D打印技术中最为普及的。EBSM技术是目前主流的以金属为原料的3D打印技术。以这两种技术为例能够充分体现目前3D打印技术所获得的应用。（如图3）
2.1 FDM技术的应用
FDM技术作为研发时间最长、应用最为普遍、最为成熟的3D打印技术之一，在多个领域均得到很好的使用。在工业上，FDM技术使数字模型快速转变为实体模型的设想变成了现实，相对于以零件切割、焊接技术为主的传统加工方法。FDM技术实现了对拥有复杂曲面、加工难度大的小型零件的快速精确制造，并且不需提前制造模具等辅助工具，使得生产成本显著下降。在医学上，利用FDM技术，能够打印出一些组织与器官模型，为医生进一步了解患者病情、制定医疗方案提供便利。甚至可以直接打印出人的骨骼和器官，拯救无数人的生命；在食品加工行业，3D打印巨头3D Systems公司与好时合作，正在全力研发可用于制造食品的3D打印机，将适合3D打印的巧克力等食材融化后，制造出个性化的食品。
2.2 EBSM技术的应用
电子束选区熔化技术（EBSM）采用高能电子束作为加工热源，扫描成形可以通过操纵磁偏转线圈进行，且电子束具有的真空环境，还可以避免金属粉末在液相烧结或熔化过程中被氧化。近年来，世界上主要的大国都在加紧对EBSM技术的研发。目前看来，在医学方面的研究已接近成熟，而在航空航天等领域的研究也在有条不紊地进行着。美国波音机器人工厂及NASA Marshall 空间飞行器中心的研究方向，是飞行器及火箭发动机结构制造以及月球或空间站环境下的金属直接成形制造。（如图4）
3 3D打印技术的发展现状
3D打印技术从20世纪90年代开始研发至今，已经历了几十年的发展与创新，目前技术较先前已有了飞跃式的发展，技术近乎成熟，最新的科研成果表明，现在的3D打印技术已能够在10 μm厚度的平面上打印超过600 dpi的物体，并可实现24位色彩的彩色打印。
就当前而言，在快速成型设备行业中，有代表性的设计制造商有美国的3D Systems、Stratasys以及英国的wiiboox、Reprap等。
3D Systems公司作为目前国际上最大的3D打印开发公司，在快速成型设备领域有着主导地位。目前，3D systems公司已制造出可实现600万彩表现的全彩3D打印机。
4 3D打印技术当前所遇到的拦阻
虽然经历了几十年的创新探索并且如今在各个领域得到普遍的应用，但3D打印技术仍然有许多缺陷有待解决，如支撑材料消耗量巨大、系统精度低、制造过程冗长以及支持的打印材料的局限性等。
缺陷一：支撑材料消耗量大，目前的3D打印不可避免地要使用支撑材料，不然模型是无法成型的，但当需要制作一个结构复杂、表面不平整的物体时，3D打印机往往需要使用大量的支撑材料，使得制作成本大大提高，并且降低了制作效率。对此，该文建议可引入五轴加工技术，使得打印机可以不局限在一个平面里进行打印，并综合运用车铣技术，使得支撑材料的使用量降低并在一定程度上加快3D打印的速度。
缺陷二：打印材料限制性较大。当前3D打印可使用的材料存在许多限制。而能够用于打印的材料也有一定的缺陷，如FDM技术所用的塑料、树脂等材料易受潮，这将使材料在打印时无法完全熔融，并造成热熔喷头的堵塞，对物体的最终成型产生十分不利的影响。塑料在熔融到凝固的过程中，由于其拥有收缩性的特性，可能会导致在打印中物体的变形，导致加工精度下降，材料浪费，该文在此提出的改进办法主要是选用收缩率低的材料、采用恒温舱等。
5 3D打印技术的展望――无支撑化3D打印技术的实现
3D打印技术发展至今，一直绕不开的一个话题便是支撑材料，支撑材料使得3D打印物体的种类和样式得到了巨大的扩展，但同时也带来了使用成本的提升，如果可以实现无支撑化的3D打印，实现打印的零耗损，3D打印的材料和时间成本将大大降低。该文在此介绍两种可能实现无支撑的3D打印技术。
5.1 悬浮3D打印技术
这是一项波音公司提出并主导的项目，该技术主要的目的是利用磁悬浮技术使得被打印物体可以悬浮于空中，若这项技术实现，那么在3D打印^程中物体将可以一直保持自己的结构而不变形。并且喷头可以从任意角度对物体进行打印。当前这项技术还处于理论层面，并没有得到实际应用，但是这项技术一旦成功，必将使3D打印乃至整个快速成型行业得到质的飞跃。
5.2 HSS技术
高速激光烧结技术（High Speed Sintering，HSS）是目前谢菲尔德大学增材制造研究中心（The Centre for Advanced Additive Manufacturing （AdAM） at The University of Sheffield）重点研究的项目，并且已取得了一定的进展。把熔融的粉末状金属在低温烧结成打印物体，从而摆脱3D打印对支撑材料的依赖。HSS技术的实现主要基于低共熔合金，这种合金由于熔点的差别，会在一个较低的温度便急速冷却凝固，在这个速度下，无论是拥有多么复杂曲面的几何物体，都可以在没有支撑结构的情况下成形，从而实现无支撑打印。
6 大学生创新创业训练项目――3D打印平台的制作与改进
6.1 研究目的
3D打印是根据数字模型，运用塑料、金属等粉末状的可粘合材料，通过逐层构造的方法来生成实体物品的一种技术。目前，3D打印技术在各个领域都有着普遍的运用，该小组希望通过细致并深入的调研，全面了解3D打印技术，并制造出有实用性的3D打印机。
6.2 项目简介
该小组通过查阅国内外多种期刊文献，并通过实际使用3D打印机，观察其打印过程，对3D打印技术的原理、现状及今后的发展趋势都有了一定的了解并产生了自己对此技术的见解。并基于前期深入的调查研究和Reprap公司的开源3D打印机Prusa I3，自行制造出可用的、稳定的3D打印平台。
6.3 预期效果
基于前期深入的调查研究，该小组将会基于Reprap公司的开源3D打印机Prusa I3，自行制造出可用的、稳定的3D打印平台。制作材料主要包括金属、亚克力板、电路板及用3D打印技术制作出的零件，硬件构建完成后，经过一系列的软件调试和精度调控后，做成可以制作合乎要求的3D打印成品的3D打印平台。（如图5）
6.4 项目特色与创新体现
（1）3D打印技术作为一种简单快捷的快速成型技术，目前已在多个领域得到了普遍应用，具有很强的实用性和深入研究价值。
（2）该组将自行制造出完全可用，精度合乎要求的3D打印平台。
（3）3D打印机的部分硬件由3D打印技术制造完成，充分体现3D打印技术的创新性和相较传统制造业的优势制成的打印平台将可以制造出各种模型及零件，节约时间及经济成本。
7 结语
3D打印技术现在还在发展的上升阶段，虽然我们看到了现在还有很多技术难关，比如彩色打印和悬浮打印很难实现，这都是目前急需改进和发展的东西。不过也有许多地方是目前就可以进行改进和发展的，可以像我们刚才提到的那样从材料上进行改进，或对加工水平进行改进，比如用五轴加工进行改进，把五轴加工结合起来或者是通过对算法和控制系统的改进，达到提高加工精度的目的。相信在不久的将来，3D打印技术能有更好的发展，能做到想打印什么就打印什么，当然，这就需要我们大家共同的努力了。
参考文献
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关键词：3D打印机；多色；单色；三维物体
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）05-00-02
0 引 言
随着信息技术的发展，三维技术层出不穷，3D打印技术作为一种新兴科技在制造业领域迅速发展。目前3D打印已成功打印出很多三维物体，在医学领域和工业领域都已经得到了成功应用，人们随之把3D打印技术称为“具有工业革命意义的制造技术”。但是当前的3D打印还局限在一种很单一的打印方式，很多公司生产出来的3D打印机都只能够打印出一种颜色的三维物体，无法在一种物体上打印出多种颜色。如果想打印多色，则要对打印机的材料进行更换，而打印机必须停止工作才可更换材料。就目前的打印机而言，若停止了3D打印机的工作，则打印机不会在上次停止的地方继续打印，必须从头开始。这将会浪费大量的材料和时间，如果要打印出一个精度很高的产品可能要花费一两天的时间，机器长时间工作将会影响作品的质量，也会影响打印机的使用寿命，导致3D打印的效率大大降低。所以本文将通过对目前3D打印机的研究，提出对于3D打印机打印出彩色三维物体的一些对策。
1 3D打印
3D打印源于20世纪80年代后期，是美国在研究照相雕塑和地貌成型时发现的一项新技术，这项技术在当时充分体现出了技术的精密化、智能化、通用化以及未来的发展趋势。1986年，美国诞生了全球第一家生产3D打印设备的公司，名为3DSyslems。此后，3D打印技术的概念在全球飞速发展，越来越受人们的关注。而我国的3D打印技术出现在20世纪90年代中期，这项技术可以打印出很多立体模型，例如我们身上穿的衣服和鞋子，运用3D打印技术与3D打印机可以打印出来。
3D打印技术是一种将塑料或者特殊蜡材等可粘合材料通过累积制造技术将材料层层累积，通过在电脑上使用3Dmax绘图软件或者CAD绘图后，将所保存的图片转到3D打印控制软件（Repetier Host），将所绘的图进行切片处理后转换为GCO格式，最后通过与电脑连接控制将GCO格式的文件打印，并通过3D打印机把“打印材料”层层叠加，最后构造出三维立体模型。
目前3D打印机最常用的材料主要有ABS、PLA和 PVA三种，ABS 最为便宜，且熔点在 215℃ 到 250℃之间。而PLA则更为环保，熔点更低。桌面3D打印机由于受专利限制，打印机的设计与制作不得不采用开放式的打印仓，但是由于打印仓温度难以保证，所以人们会使用PLA作为打印机的打印材料，而PVA则经常被人们用来为打印作品做支撑。
2 2D打印机与3D打印机的结合对策
2.1 2D打印机工作原理
2D打印机的工作原理和喷墨打印机的原理相似，打印机墨盒内部装有部分墨水，在喷嘴孔和墨盒之间用一根细管连接。然后利用一些控制指令来控制打印头上的喷嘴孔，将墨盒内的墨水输入到喷头中，让喷嘴孔喷出定量的墨水并打印在纸上。2D打印机在工作时，计算机将处理好的打印信号通过打印机的转换接口传输到打印机的主控电路板上，并通过电路将接收的信号进行处理后转换成相应的控制信号。由控制信号控制墨盒内的墨水通过细管将墨滴从打印头喷出，然后打印纸自动进入打印机，通过打印头后输出到打印机外字车上，最后墨盒及喷头在纸的水平方向来回运动。这样喷头就将墨水喷在打印纸上面，形成我们所需要的文字或图像，完成打印过程。
2.2 2D打印C与3D打印机的结合
利用喷墨打印机的喷墨原理，在墨盒内装有n个小墨盒，每个小墨盒内装有不同颜色的墨水，利用控制指令来控制打印头上的喷嘴孔喷出墨水，经细管进入打印仓1中。再把3D打印材料输入到打印仓1中经过高温加热，将3D打印机的材料全部融化为液体状态，再通过打印仓1将融化的材料和墨水一起送到打印仓2中，打印仓2中有一个高速转动的叶片螺旋桨，打印材料和墨水通过高速转动的叶片螺旋桨均匀融合在一起。最后将溶解好的材料经过细管通过吐丝喷头将材料喷吐出来，就可以将2D打印机与3D打印机有效结合在一起，打印出不同颜色的作品模型。2D打印机与3D打印机的结合流程图如图1所示。
3 结 语
本研究通过将2D打印机与3D打印机的合理结合，研究出一种对于彩色3D打印机的有效方法，解决了目前3D打印机打印的单一性。但还有部分问题有待进一步研究：
（1）墨滴与打印材料的融合具有不稳定性，墨滴与打印材料还不能均匀融合在一起，而且起墨滴的数量大小不能完全掌握。
（2）需要独立开发与控制系统相适应的上位机软件，加强对3D打印机的控制。
（3）控制系统控制3D打印机的打印精度不高，还需要对软硬件进行深度研究。
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大型激光器是3D打印机的核心部件之一，以孙建民所在的北京隆源自动成型系统有限公司（下称北京隆源）为例，大型激光器占据了北京隆源3D打印整机产品成本的40%。
让身为公司副总经理的孙建民坐不住的，是北京隆源的大型激光器全部依赖进口。尽管这家1994年就诞生了的老牌3D打印企业已经有200多家设备客户及500多家加工服务客户，但仍不能改变自己的卡住咽喉被外国核心零部件企业卡住的命运。“如果没有外国大型激光器，我们会立刻死掉。”
孙建民不想坐着等死，几年来，北京隆源一直不放过任何可以跟一些激光所和光学所进行合作研发的机会。但北京隆源的这些努力并没有获得相应的回报，孙建民需要的这种以寿命长、功率稳定为标志的连续射频二氧化碳激光器，是目前国内技术难以量产化的。
值得注意的是，“由于技术落后而依赖进口”并不是中国3D打印市场受制于国外的唯一理由。
“国内可以大量生产的零部件，国内3D打印企业也乐于进口外国品牌的。”在紫金立德总经理连宁看来，具有讽刺意味的是，这些打着外国品牌而被国内3D打印企业进口的产品，实质上多为国内制造的贴牌产品。
据连宁透露，这些国内制造的零部件，通过“留洋镀金”价格立马可以升高三分之一。其价格背后的逻辑是，这些零部件企业本身也有相同款产品不经国外贴牌环节便直接在国内销售。“这些产品和同一工厂产的贴牌产品在管理和质量控制等方面有不小差距。”据悉，这些厂家生产出来的产品会根据品质分为三六九等，一等产品送往国外，贴好国外的品牌再销售到中国，二等产品则直接在国内销售。
在这样的现实下，国内3D打印整机企业便面临着，选择廉价零部件则达不到质量要求，购买贴牌进口货则只能默默吞下三分之一溢价的哑巴亏。
陷入进口漩涡不仅仅是3D打印机的生产企业，同时还有打印机的使用方。
山东凡域三维打印信息科技有限公司（下称山东凡域）总经理杨凡最近正在跟一个国外的企业洽谈购买3D打印机器的相关事宜，这已经是去年1月份刚刚成立的山东凡域所购买的第二台国外设备。
2012年8月，杨凡和同样留学归国的李金呈打起了做3D打印生意的主意，在获得500万元的启动资金后，两人通过多次探讨，最终将切入点放到了人体模型上面。杨凡认为涉及生活领域的3D打印产品更容易被市场接受。
然而，他们采购机器和材料的时候遇到了这样一个问题：这种能够打印彩色人体模型的机器和材料在国内根本找不到供货方，如果只从国内厂商进货，那么杨凡几乎买不到可用的机器和材料。最后，杨凡只能从扫描仪、打印机到材料整套设备都从国外采购，而这样一整套设备花掉了他200万元，这相当于杨凡全部启动资金的40%。
机器昂贵还可以接受，毕竟可以重复使用，但高额的制作材料已经成为了杨凡的心头大患。“材料价格过高导致的成本过高会影响到最终产品的市场推广。”杨凡没有想到，自己当初美好的创业蓝图竟然会被材料难题困住。
杨凡使用的这种彩色的材料来自于美国，价格是按照克数来计算。最直观的一个例子是，一个高十公分左右的人体模型，售价在几百元甚至上千元，但这个价钱对成本而言也只是在赔本赚吆喝。
杨凡产品的大部分成本都花费在了进口材料上面。更重要的一点是，想要订购这种材料，往往要提前半个月预约，即便是这样，如果美国方面材料临时断货，那么杨凡也只能选择将自己3D打印机的电源拔下，因为他没有可以供选择的其他供货商。
3D打印觅食难
最近，连宁正在常州为自己的公司“觅食”。
最早的连宁和杨凡一样，都面临3D打印制作材料受制国外的问题。2009年，连宁明显地感觉到，如果再依赖外国进口原材料，那么紫金立德可能一两年内就会因为巨大的成本压力而关门大吉。
于是连宁开始不断接触国内的塑料薄膜生产企业，他希望这些企业能够成为紫金立德新的原材料供货方。但从一开始，就注定连宁的“觅食”之旅不会一路顺风。
中国是世界上做塑料薄膜最大的国家，正因如此，这些生产塑料薄膜的工厂往往都以一天十吨为单位来计算产量，而一个3D打印机器打印一件东西通常是按克计量，全年的材料用量可能都不会超过2吨，换言之，3D打印企业的订单对塑料薄膜企业而言是如同鸡肋一样的存在。当紫金立德找到这些大型塑料薄膜企业时，苦苦游说最终换来的永远都是婉言回绝。直到2011年，有一家塑料薄膜企业勉强愿意提供一个样本，这让紫金立德看到了一丝曙光。然而，当再次找到这家薄膜企业谈合作时，紫金立德却再次吃了闭门羹。
遭遇连连折戟之后，紫金立德开始尝试用这样的说辞打动塑料薄膜厂商：3D打印是未来的主流趋势，如果不先抓住这样的机会，等将来3D打印真正打开市场以后，晚下手的塑料薄膜生产企业可能就会被市场淘汰。
时值2013年前后，3D打印开始在国内越来越热，在这样的环境和说辞下紫金立德终于拿下了常州百佳的一纸合同，也为紫金立德寻找3D打印材料的辛酸长路画上句号。
“很长的一段时间我们是求爷爷拜奶奶，但就是没有人肯与我们合作开发材料。”连宁回忆称紫金立德在和材料商谈判时。“对方开什么价我们认什么价，都不敢还价。”
其实国内的塑料薄膜企业也有自己的苦衷，就以最近连宁与常州百佳的合作为例。紫金立德这次向常州百佳下的订单是一个一吨的单子，对于紫金立德来说，一吨已经是一个比较大的数目，大概能够满足紫金立德一到两个季度的原材料用量。而一吨的订单对常州百佳而言却意味着要做出极大的牺牲，作为日吞吐量在十吨左右的世界五百强企业，为生产这一吨的3D打印材料，前后洗设备大约就需要两吨的物料。
北京航空航天大学材料学院教授王华明认为，之所以材料如此稀缺，是因为3D打印所用的材料是一套与传统材料学不同，需结合精密仪器、3D打印工艺和材料本身的相对独立的研发系统。在可应用的材料方面，所有的3D打印设备厂家都是白手起家。对于绝大多数企业来说，3D打印市场培育尚处初期，投资研发新材料的动力严重不足。
国内3D打印技术面临材料难题的主要原因在于，对一些材料的配比国内企业未能掌握，这导致中国3D打印领域甚至连试验用打印材料都需要从国外进口。目前，虽然国际上先进的3D打印企业已能实现工程塑料、尼龙、树脂、石膏粉等十多种3D打印材料的打印，但是在国内，3D打印材料严重受限的现象丝毫没有好转，自主研发的3D打印机大多只能打印金属、ABS这区区两种材料，并且每一台机器只能打印一种材料，无法实现打印材料的自由切换。
在3D打印产业中，打印机决定的是工艺和性能，而材料则决定了应用。在应用层面，如果缺少材料，打印机再先进，也只能是华而不实的空壳。
作为3D打印的配套产品，材料的缺失无疑成为市场推广的极大阻力，但中国3D打印产业缺失的不仅仅是材料。
3D打印产业本质上是高度智能的信息化生产过程，在这个生产过程中，系统软件与打印设备等硬件扮演着同样重要的角色。以切片软件为例，目前大部分企业用的也是国外的产品，国内软件企业编的算法无法满足需求。
软件的缺失让3D打印企业非常头痛，为了避开进口软件高额的使用费用，目前大部分企业倾向于自己编写软件，但对于那些自己编不了的软件则只能依赖进口。
2013年，已经兼做3D打印软件多年的北京隆源收到了数码大方的合作邀请，双方希望能够在软件方面达成合作。对于北京隆源来说，将软件外包出去可以将更多的精力和人力节省下来攻克一些打印机工艺和技术方面的难题，而对于已经在三维平面设计方面十分成熟的数码大方，投入到越来越热的3D打印软件设计，不仅可以获得一些政策层面的优待，也日益成为其不愿意丧失的领地。然而可惜的是，这种双赢性质的合作谈判却在几次沟通之后戛然而止，主要原因还是3D打印软件目前的市场状况不足以打动传统软件企业倾心投入。
目前专门做3D打印软件的企业国内几乎没有，大部分都是传统软件企业半路出家。在孙建民看来，数码大方之前做的是三维设计软件，其用户量是很大的，虽然现在3D打印很热，但是没有形成很大的用户量，数码大方也就不想投入太多力量专门研究这个软件。
逼出来的胖子
“每一家企业都是从头做到尾，这样就造成一种低水平的重复，这对整个产业来说没有任何好处。”在被问到如何看待当前中国3D打印企业的发展状况时，中国工程院院士卢秉恒对《中国经济和信息化》记者说道。
与欧美等国3D打印发展模式不同，中国的3D打印企业正朝着“大而不精”的方向走去。相比外国3D打印产业链的精细化分工，中国的3D打印产业链是这样一种现状：在产业链最下游的整机组装和设备应用环节囤积了大量企业，而在零部件、原材料生产、系统软件开发等上游和周边环节却面临无人问津的难题。
以北京隆源为例，这家有40多位研究员的公司内，其一半的研究人员既负责设备研发也负责软件编写。这并不是北京隆源一种自发的多元化发展，而是面对中国3D打印产业链空洞而不得不进行的“进化”。“上下游空洞使得产业链显得残破不全。”一位从事3D打印研究多年的人士分析称。“我们一直希望能够形成一个产业链，拿软件来说，这么多年国内就从来没有人开发过。”孙建民抱怨称。在孙建民看来，是产业环境让北京隆源变成了一个什么都做的企业。“软件我们自己编，材料我们自己开发，设备我们自己生产，工艺我们自己搞，按说我们的主营业务应该就是做装备，因为我们是一个设备制造企业。”
这正是目前3D打印产业的真实写照，任何一家3D打印企业都疲于奔走于一些非主营业务的其他相关业务范畴里，而这些工作，却是3D打印企业不得已而为之。
3D打印产业包括上游的打印材料、中游的打印设备、相关外设及其设计软件，以及下游的打印终端产品和工业设计服务等三大环节。根据调研结果显示：在国外，激光器、软件和材料等各个环节都相对独立，有一个细致的分工。也就是说，做3D打印机器制造的厂商根本不用为材料和软件发愁，因为所有上下游配套设施都有专门的企业去做，几乎每一种配套设施都已经形成一个比较成熟的产业。
而在国内，3D打印行业长期以来呈现“小而散”局面，相互之间各自为政，设备、软件、材料、工艺等都需要自己研究，没有形成明确的分工。
在中国3D打印产业广阔的市场前景以及政策支持下，3D打印产业成为推动中国产业结构转型、升级的支柱力量似乎是理所当然的。但如何打通3D产业链上下游各个环节，形成畅通、完整的3D产业链体系，是当前产业转型升级与新兴战略产业培育发展的关键。
滨湖机电董事长史玉升认为，政府应当对3D打印配套的材料企业进行更为有力的资金扶持，对研发3D打印材料的企业进行补贴。“政府应当出面解决因成本高而无人问津，最终导致3D打印材料断档的问题，以提升3D打印产业化的速度。”
其实，另一个值得注意的问题是，现在从事3D打印技术研究的基本上都是大学的教授和科研单位的专家，而他们的研究成果有时与市场需求形成一定的断层，最终研究成果有时并没有被投放到市场中去。
关键词：3D打印技术；打印过程；切片处理
1 3D打印技术过程
3D 打印技术是国内称之为快速成形的一种先进制造方法。日常生活中最为常见的打印方式为普通的平面打印技术，然而3D打印设备与普通打印设备的工作方式大体相似，与普通打印设备不同的是三维打印设备内装有石蜡、金属、高分子材料、砂等不同的“原材料”如图1所示，利用三维打印机的“大脑”（计算机）控制作用，能将“打印材料”一层一层进行打印，最后将三维建转化成真实成品。因与普通打印机的工作原理及喷墨打印工作方式相似，因而得名 “3D打印机”[1]。这项打印技术称为3D立体打印技术。
3D打印过程中具有诸多不尽相同的相关的技术。它们之间的区别在于所用的打印原材料的种类及打印方式，同时在分层和对截面构建过程中以不同的方式创建部件。3D打印过程中所用的原材料通常是较易获得的材料，例如常用原材料有金属、陶瓷、塑料、砂等材料[2]。如图1所示。
三维造型软件同3D打印设备之间互相兼容的文件格式是“STL”为后缀格式。一个相应打印的文件用三角面来近似模拟物体的表面。三角面的面积越小打印后的产品表面的加工精度越高[3]。
切片处理是3D打印设备利用识别计算机模型的数据，用3D打印材料如金属、陶瓷、塑料、砂等将数据信息分层地打印出来，然后将分层打印出来的片体用不用的形式粘结在一起，最后形成产品。
打印设备打印出的片体高度和平面方向内的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。三维打印设备在平面方向打印的分辨率能跟常见的激光打印机的分辨率相近。利用三维打印设备打印出来的“水滴”的半径可以为0.03至0.05毫米[4]。同时加工时间还跟产品的尺寸大小和精度要求的高低有关。如果采用3D打印设备就能将时间大大缩短，也跟3D打印设备的打印精度、产品的大小和精度要求而定的。
对于加工精度要求较高的产品，如果打印的分辨率不够，将不能满足精度要求，可以通过以下的方法提高产品的加工精度：打印产品时，可以首先将产品打印的大一些，留有一定的精加工余量，然后通过打磨或者光整获得满足精度要求的产品[5]。
2 3D打印国内发展状况
3D打印技术实在上个世纪90年代开始在国内发展起来的一种新型的制造技术，从3D打印机到打印材料研究与开发，以及3D 打印在航天、汽车行业发展前景广阔[6]。目前，3D打印技术在原材料的节约、节约能源等特点与我国“十三五发展的战略”高度一致。
2.1 科研机构的研究
科技研究单位和高等学校对3D技术的研究较多，所取得的成果也很骄人，清华大学是国内最早对技术对3D技术开始研究的，在三维打印技术的科学研究不断发展进程中，最先以理论研究为契机，然后考虑原料的特点、工艺特点及三维打印技术的实际应用进行研究。清华大学的研究成果是用LOM工艺用纸，较理想的解决了FDM工艺用蜡和ABS丝材的材料有机结合，同时研发出了制造该材料的工艺设备[7]。华中理工大学，在20世纪90年代跟新加坡KIN
ERGY公司共同研发，研制出基于LOM快速成型技术的Zippy系列快速成形系统，同时，为该体系建立起了新的指标加工工艺[8]。
2.2 应用方面
3D 打印技术的发展的市场广阔，国内许多相关产业公司之间已经合作共同研发，为3D产业的发展奠定了坚实的基础，同时也为三维设备的开发提供了雄厚的技术支持。依据对我国三维打印产业的具体调研可以分为三大类：第一类是主要以开发三维打印材料为主的研究公司，第二类是主要以研发三维打印设备和销售的公司，第三类主要以销售三维打印设备和服务的公司。
3 3D打印国外发展前景
20世纪80年代，麻省理工学院荣获了3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司获得唯一授权并开发三维打印机。2005年，ZCorp公司发明第一台高分辨率多色三维打印机。2010年11月，世界上第一辆利用3D打印技术开发的汽车成功制造完成。同年，全球第一架3D打印的飞机问世。2012年3D打印机打印出人造肝脏组织。
3D打印技术是加工制造行业划时代的标志，大力发展3D打印技术，必将加快未来“全民设计”的步伐，带动工业、生活、经济的快速制造行业发展。
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什么会成为第三次工业革命的象征尚无定论，而呼声最高的热门技术非“3D打印”莫属。堆积制造又称3D打印，指的是基于数字模型制作三维物体的过程。
要成为工业革命的驱动，必须满足“是科学技术上的重大突破，使国民经济的产业结构发生重大变化，进而使经济、社会等各方面出现崭新面貌”这个苛刻的定义，3D打印何德何能？
是颠覆也是互补
国人偏好“3D打印”这种说法。通俗地说，3D打印与激光打印的过程颇有异曲同工之妙：分层加工，叠加成形，逐层增加材料生成打印结果。外观上，3D 打印机和普通打印机并无天上地下的区别。3D打印机获取物品的3D 数据信息后，逐层分切打印。当然，3D 打印机采用的是特殊材料而非纸张。原材料一层层地被特殊的胶水粘合，按照不同的横截面图案固化，并一层层迭加，像做蛋糕那样创建三维实体。
对比传统制造和基于3D打印的制造，可以发现这两者之间的思维方式是颠倒的：传统制造技术的本质是“减法型”，一般做法是，取一块原材料，使用切割工具削成想要的产品；3D打印则是“加法型”，从零开始，喷射流质的原材料，然后一层一层加固成型。
3D打印机的分层叠加方式决定了它还具有多个令人叹服的优势：它制造出的混合材料拥有多重属性，它还能使制造出的部件拥有物体不同部分使用不同材料的属性。
巧妇难为无米之炊，3D打印机的“耗材”直接决定了3D打印机的能力边界。目前支持3D打印的材料很多。不同公司生产的3D打印机支持不同的材料，树脂、尼龙、石膏、塑料这些材料已被普遍使用。而随着研发水平的不断进步，支持钛、不锈钢或铝、铁金属材料的打印机也已经出现——“只有想不到，没有打不出”不会是一句空口号。
和任何一个新兴技术一样，3D打印机目前的成本还过于高昂，但规模化效应将使得3D打印机彻底平民化，或许哪天你就穿着自己打印出来的、独一无二的漂亮裙子逛街去了——这一直是工业界的终极梦想：彻底的个性化生产，每一件产品都可以不一样。
正在改变制造业
美国《时代》周刊毫不吝啬地将3D打印列为“美国十大增长最快的工业之一”，英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动第三次工业革命的实现”。
3D打印将重塑全球制造业格局已是共识，因此无论是不是原本的制造业大国，许多国家都在冥思苦想如何搭上3D打印这艘顺风船。
调查显示，已有近40%的美国企业准备把分散在世界各地的工厂迁回美国，欧盟也正制定相关政策迎接相关企业的回流。企业的回流，并非简单的搬迁，而是要借机进行生产技术的更新换代。3D打印契合了这些需求，它能够大幅缩短制造工期，降低成本，可在光学、机电、精密机械、模具等领域应用。
美国和欧洲在3D打印领域均已有所建树，初步打通了从科研到生产的链条。
全球有两家3D打印机巨头，两者都已在纳斯达克上市，成为资本市场的宠儿：一家是Stratasys公司，不久前收购了以色列一家名为Objet的3D打印机公司；另一巨头是3D Systems公司，它在2012年初通过收购另两家3D打印机品牌Z Corporation和Vidar Systems牢牢地奠定了江湖地位。
Stratasys和3D Systems都坐拥着每年近两亿美元的市场营收。前者的客户不乏宝马、戴尔、英特尔、耐克等多个世界500强企业。
中国制造直面挑战
如果说微博让每个人都成为了记者，3D打印就让每个人成为了生产者。中国没来得及赶上第一次和第二次工业革命，这次可得好好把握住。
美国沃勒斯同仁咨询公司数据显示，2011年全球3D打印产品与服务的销售额为17亿美元，该公司预测到2019年，该行业的收入将达69亿美元，其中零部件制造将占80%。
毫无疑问，制造业受到来自3D打印的冲击最大，而中国又是制造业大国。因此，对中国制造业来说，3D打印是挑战更是机遇。
1.1材料种类
3D打印耗材是制约其发展的重要因素。3D打印材料种类繁多,有各种分类方式,可按物理状态、化学性能、材料成型方法等角度类,常用的快速成型材料如表2所示。根据成型过程中使用的材料可将三维快速成型打印技术分为三种:粘接材料、熔融材料和光固化三维快速成型打印材料。现有的3D打印技术多使用ABS、人造橡胶、塑料、沙子、铸蜡和聚酯热塑性塑料等,这些材料多为粉末或者黏稠的液体,从价格上来看,便宜的几百块1kg,最贵的1kg则要4万元左右。把3D打印材料固化的方式有加热、降温、紫外线和激光烧结四种,从各种技术的成本来看,“熔融沉积”是整体成本最低的,因而普及度也最高。但实际在购买选择是要根据企业要求来选择购买,防止造成不必要的浪费。
1.2模型大小
了解3D打印机原理的用户都知道,3D打印机打印模型时对模型的大小有限制,超过了最大打印范围和最小打印范围则无法进行打印,因为这个范围的大小是受到硬件上的限制,因此可以用来判3D打印机的性能。如今市面上有能打印多种尺寸的3D打进设备,一般来说价格与能打印物品的尺寸呈正比例关系,但不同企业所需打印范围也就不同,根据企业生产和使用选择合适的3D打印设备可以减少购买预算,降低购买成本。
1.3工作环境
3D印机在打印过程中需要对材料加热,打印开始后一旦中断就要从头开始,一件3D打印作品一般需要连续工作几个小时甚至几天。因此在选择3D打印设备时要选择有断电记忆功能,简单说就是在断电一段时间接通电源后,设备能紧接着之前未完成的任务继续打印。此外3D打印设备运转也会产生一定的热量,而高温工作对设备的损害非常大,因此根据工作环境选择相应的散热性能3D打印机也尤为重要。在一般的常温下都可以正常使用,但在湿度过高的环境下,却会严重影响3D打印机打印效果。更容易造成充电之后转印电极对地短路,选择能够满足公司要求的3D打印设备,可以减少对设备的伤害,延长使用寿命。
1.4速度与精度
3D打印采用的是逐层叠加的方式,利用合适的材料快速制作成型件,这一过程中有一定的变数,比如材料收缩,因此必须在打印过程中加以补偿来确保最终成型件的精度。3D打印机制造商提供的精度参数是基于实验测试的数据,而实际成型精度会因为成型件的结构复杂程度而变化,因此我们在选择3D打印机时,很重要的一点就是明确我们实际应用的精度要求,然后用这一精度要求作为衡量指标。
2、3D打印设备的使用运营管理
3D打印设备的合理使用是企业充分发挥其价值的前提条件。正确合理的使用设备可以其延长使用寿命,增加有效工作时间,减少维修费用,来为企业创造更多的效益。
2.1使用说明
3D打印设备使用说明书是生产者向消费者全面、明确地介绍设备名称、用途、性能、原理、构造、使用方法、保养维护、注意事项等内容的文字材料。如何充分利用设备说明书的资源,正确操作、维修和保养设备,显得尤为重要不可忽视。认真阅读设备说明书,按照规范操作,是设备正常运行的保障。操作者必须认真学习设备使用说明,来正确规范的操作3D打印设备。
2.2使用记录
在3D打印设备使用记录有以下作用:追溯作用、监督提醒作用。在3D打印设备只用过程中难免会出现相类似故障或者相同问题,设备使用记录可以帮助我们记忆该故障或者是问题的解决方法,缩短维修周期;除此之外,设备使用记录还会监督提醒我们设备日常使用和维护情况。帮助设备在使用后能够得到及时的维护,处于最佳状态,增加工作时间,提高工作效率。
2.3专业人才
专业的3D打印设备操作人员,能够正确地操作设备,可以避免错误操作对设备带来的伤害;熟练地操作设备可以提高企业生产效率。此外,专业的3D打印人才,能够在设备出现故障时快速的做出反应,即使给设备进行合理的维修。
2.4检修维护
设备在日常使用中都需要进行定期的检修维护以保障设备安全性和可工作性。定期的检修维护,对降低维修成本、提高维修效益、促进企业发展、提高企业的适应能力和竞争能力,有着重要作用。
3、3D打印设备市场开发运营管理
设备在自我使用的同时可以做出经济的市场开发,比如:承接工作、租赁等。进行市场开发,是设备的潜在功能,可以帮助企业提早换回成本,进入盈利阶段。进行此类市场开发可以避免打印原料的过期失效和设备长期放置引发的机器故障。
3.1承包
市场上很多人或企业都需要3D打印产品,但由于经济实力有限买不起3D打印机,于是采取将此工作交给别人来完成。拥有3D打印设备的企业可以将视野投降这个市场,在满足自己使用的同时来赚取额外的收益,不失为一种选择。
3.2租赁
将3D打印设备在生产中进行灵活合理的租赁,即在保证设备不被自己占用且能正常使用的前提下将其租赁给能正确操作的企业,收取其中的租赁费用,增加企业效益。
4、3D打印设备报废
设备报废是设备全程管理的最后一个环节,它关系到企业的经济效益,生产运营和竞争力,影响企业持续、快速的发展。设备使用到规定的寿命周期,主要性能严重劣化,不能满足生产工艺要求,且无修复价值,或者经修理虽能恢复精度,但主要结构陈旧,经济上不如更换新设备合算时,就应及时进行设备报废处理,以便更换或设置新型设备,适应企业发展需要。此外3D打印机超寿命使用会超量释放有毒物质危害人的健康,此时要对设备进行报废处理。
5、结语
我至今仍然记得，2003 年第一次看到的那台进口快速原型机，也就是如今的3D 打印机。那台设备价值逾百万，不到一公斤的打印材料也需要三万多元。即使企业财大气粗，也并不敢像喷墨打印机那样随便使用，设备放在单独的房间里，被小心翼翼地“伺候”着。
十多年后的今天，工业级大型3D打印机逐渐放低身价，开始以十万计价，而FDM 技术的桌面级3D 打印机干脆上演“跳水”，不断突破价格底线。FDM 专利壁垒打破、用户购买量迅速上升、开源硬件成本下降、PLA/ABS 材料便宜，被认为是桌面3D 打印机价格不断下探的原因。
笔者在北京某大型连锁文印服务公司里，见到了价格不到五千元的桌面3D 打印设备，用来给客户打印简单的手板模型，打印一个光敏树脂的魔兽模型只需要不到两百块钱。这个价格甚至比很多大幅面彩色喷墨打印机还便宜，真有点“旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家”的感觉。
这些廉价的桌面3D 打印机受限于ABS\PLA 材料特性和可打印体积，虽然无法满足大规模工业生产的需要，也无法直接制造功能性部件。但是，在教育、建设设计、工业设计、动漫影像和医疗等领域，足够用于造型品和模型手板的打印了，非常适合教育机构、中小企业和个人用户。也许在未来几年里，越来越便宜的桌面级3D打印机会走进每一个家庭，就像当年计算机进入PC 时代一样。
在本期中，我们就为读者介绍几款可用性很高的“白菜价”3D 打印机。
众筹桌面级3D 打印机趣闻
Brook Drumm 曾是美国萨克拉门托州的一名牧师。2010 年，这位前牧师看到了3D 打印汽车的新闻报道，一下就迷上了3D 打印技术。他开始泡RepRap 开源3D 打印网站， 搜集3D打印的资料和数据，背着妻子用圣诞节的钱买了一台MakerBot 3D 打印机，带着自己六岁的儿子一起拆解、组装这台新“玩具”。
随着研究的深入，Brook 遇到很多工程困难。幸运的是，他结识了前惠普打印实验室主管Carl Ubis，Carl 最终解决了关键部件Hotends 的制造问题。
在那之后，Brook 开始有了成立3D 打印公司的念头。Brook 最初想通过抵押贷款甚至卖掉自己的汽车来筹措资金。这时候，Brook 的妻子不得不站出来阻止这个“疯狂的”投资计划，她说：去Kickstarter 众筹吧。
Brook Drumm 小心翼翼地在Kickstarter 众筹网站上发布了项目，目标仅是25000 美元，他认为这都多了。出乎意料的是，48 小时后标的额达到了！接下来直到年底，Brook的项目已经募集到了80 万美元！最后，小伙伴们开始无聊地刷新网页，每次都能看到募款总额的增加，直到过百万。从2011 年11 月开始，直到2012 年夏末，Brook 和小伙伴们不停地工作， 完成了来自Kickstarter 的1800 多个订单。
前牧师Brook Drumm 现在是Printbot 公司CEO。这就是一个前牧师， 通过开源3D 打印网站和Kickstarter， 成为3D 打印机公司CEO 的趣事。
记者视角
关键词：打印机 打印过程 建模 喷嘴 三维
一、起源
3D打印技术的核心制造思想最早起源于19世纪末的美国，到20世纪80年代后期3D打印技术发展成熟并被广泛应用。3D打印源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，上世纪80年代已有雏形，其学名为“快速成型”。
在此之前，三维打印机数量很少，大多集中在“科学怪人”和电子产品爱好者手中。他们主要用来打印像珠宝、玩具、工具、厨房用品之类的东西。甚至有汽车专家打印出了汽车零部件，然后根据塑料模型去订制真正市上买不到的零部件。现在则主要用在航天、医疗等精密制造行业，以制作出普通工业流水线无法生产的复杂产品。
二、工作原理
工作原理是先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，从而指导打印机逐层打印。把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来，打印出的产品，可以即时使用。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面，三角面越小其生成的表面分辨率越高。
3D打印是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切“成无数叠加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。目前3D打印机可打印的材料主要有石膏、尼龙、ABS塑料、PC、树脂、金属、陶瓷等，这些原材料都是专门针对3D打印而研发的新材料，并不是普通意义的石膏、塑料、树脂，而原材料的形态一般有粉末状、丝状、液体状等。
使用打印机就像打印一封信，轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”，是实实在在的原材料。3D打印机有几个种类，是喷墨3D打印机、粉剂3D打印机、生物3D打印机等等。
三、工作步骤
3D打印机工作步骤是这样的：先通过CAD软件建模软件建模，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、人物或者微缩建筑等等。然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以把它们打印出来。3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后再进行打印输出。
3D打印与激光成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。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。
四、打印过程
打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。
打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如Objet Connex 系列还有三维 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。
用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。
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。目前的 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。当然受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，目前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。
传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。
五、发展趋势
3D打印技术对于生产者来说，可大幅降低生产成本，提高原材料和能源的使用效率，减少对环境的影响，它还使消费者能根据自己的需求量身定制产品。
3D打印机既不需要用纸，也不需要用墨，而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术，使特定金属粉或者记忆材料熔化，并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物。其优点是大大节省工业样品制作时间，且可以“打印”造型复杂的产品。因此许多专家认为，这种技术代表制造业发展新趋势。
六、3D打印机面临的问题与挑战
最让中国3D打印机同行尴尬的不仅是在设备上，还有生产材料方面。快速成型使用的材料大致可为五种类型：粉末材料、纸质材料、液态光敏材料、丝状材料与板材材料。国内目前也研发出了一些快速成型材料，但是总体来说与国外同系列的商品化材料相比，无论是在品种还是性能上均存在差距。国产的快速成型材料其价格仅为国外产品价格的1/10。尽管价格上占优势，但是由于生产产品对质量上较高的要求，中国自己生产的材料很难与国际上的同类产品进行竞争。
综上所述，我们可以发现，3D打印机的发展和普及仍面临许多困难和挑战，成本、材料多样性、打印精度、速度和效率、技术研究、知识产权保护等方面都待完善。
第一、成本方面，3D打印机造价十分昂贵，这给其进入家庭带来了很大的困难。
第二、材料多样性方面，首先不能把所有的材料都能制成极精细的糊状，3D打印的成型材料多采用化学聚合物，材料的安全性是一个很重要的参考因素。
第三、精度、速度、效率方面，打印速度也很慢，不能用于大批量生产。改善3D打印系统的可靠性、生产效率和制作大件能力，要提高3D打印的速度与效率。
第四、技术研究方面，需要进一步研制。如3D打印机的困难并不是制造器官本身，而是复制器官内部错综复杂的血管网络，这些血管起到了滋养器官，为器官提供氧气的作用。世界各地医药、生物、化学、工程等领域的专家们正致力于研究这些难题。
第五、知识产权保护方面，对3D打印机工艺收紧，很可能阻碍创新；如果放松现行监管法律，则是在鼓励盗版，所以要提高警惕。
人们已经用3D打印机打印出了汽车、巧克力、泳衣甚至房子等物品，前不久，我国首家3D打印照相体验馆落户西安高新区，人们等上两个小时，便能拿到自己的立体版头像。
3D打印是一项非常有意思的实用技术，它开启了打印的魔法大门！
3D打印，即三维打印，与普通打印机只可以在平面上打印文字和图形不同，它可以轻松地打印出任何三维物体。
雄伟庞大的建筑物，可以在工地上“打印”建造；翱翔蓝天的飞机，能够在流水线上“打印”生产；长在身上的器官，可随时“打印”复制；家里来了客人，杯子少了，只要在网上找个自己喜欢的杯子模型，在家用3D打印机打印出来就可以用了……
3D打印听着玄乎，但原理很简单。首先计算机会将3D模型切分成很多薄层，然后3D打印机会像普通打印机一样把每个薄层打印出来再将其叠加成最终成品。只是它不打印在纸上，而是一层层地打印出立体物品，打印时用的材料也不是墨，而是薄膜或者陶瓷、金属粉末等。
3D打印已经成为一种潮流，无论你想要什么，3D打印机都可以打印出来。可能你刚才吃的东西就是用3D打印机打印出来的。
在各行各业中，3D打印大展身手，我们一起来看看各种各样的3D打印产品吧。
机器人也能用3D打印机“打”出来？
没错，日本Brave Robotics公司用一部定制3D打印机按照1：12的比例打印了一个3D版机器人，在东京Maker Faire展览会上展出。
这个机器人可厉害了，能走、会射击，甚至可以很快地变成一台汽车，简直就是真实版的“变形金刚”。
整个机器人套件包括无线控制器、4个电池、充电器和动作编辑软件。当变成遥控汽车时，它还可以从胳膊中发射出小飞镖。
从2002年开始，Brave Robotics就生产了数款原型产品，从一双简单的大腿到精密机器，全都依赖于自制3D打印机。2030年前，他们还可能会制造出第一个可真人驾驶的“变形金刚”机器人。
两岁的小女孩艾玛患先天性多关节挛缩症，她生下来就不能自如地活动身体关节，甚至连拥抱都做不到。由于年龄太小，她无法佩戴市面上生产的金属机械臂。
美国科学家将成人使用的机械臂按比例缩小，并将“打印”命令输入3D打印机，别出心裁地打印了一副成型的机械臂。
由于塑料重量比金属轻，艾玛可以戴着这副塑料机械臂自由活动双手，比如她可以用手拿起玩具，能够自己吃东西，也能和妈妈拥抱。因此，她把这副机械臂叫做“神奇手臂”。
3D打印塑料制品已经过时，以金属、陶瓷为打印材料的3D打印不再时尚，而最前沿的3D打印机能够轻而易举地处理更加原始的材料——木材。
使用木材作为3D打印的耗材感觉很特别，打印出来的作品看起来像介于硬纸板和纤维板之间的物质，而且可以用油漆上色。
不过在不同温度下，打印出来的产品颜色不同，低温的时候产品颜色比较浅，像松木色；高温的时候，产品颜色比较深。如果高低温转换，产品表面会形成纹理。
3D打印木材有什么了不起，以巧克力为原料的3D打印更有创意。
由英国艾克赛特大学科学家制作的3D打印机给人耳目一新的感觉，这个打印机打出来的不是油墨，而是巧克力。
巧克力打印机由平面影像开始打印，然后将一层层巧克力薄层堆叠成立体形状。不只是打印可以吃的巧克力，3D巧克力打印机使用液态巧克力作“油墨”，可打印出既具实用功效又能食用的巧克力日用品和服装。
作为巧克力爱好者的你，是不是特别想拥有一台3D巧克力打印机呢？
世界首款3D打印汽车名为“Urbee”，它的车身由特制3D打印机层叠建造。
Urbee用了15年才研制出来，它采用汽油和电力混合发动机，有3个车轮、两个座位，在紧急情况下可以使用内燃机。
虽然单缸发动机功率只有8马力，但由于它小巧轻便，最高时速可达112千米。它的外观时尚前卫，其造型设计接近科幻电影《第五元素》中的汽车风格。
与其他奇特的新概念汽车不同，这款汽车更加经久耐用，至少能使用30年。
“闪亮小人”不是一个人哦，它是一个用3D技术打印的立体风筝。
这个风筝采用双翼模型，呈蜂窝状结构，看起来似乎很笨重，但它仿佛有生命般，会翻滚，甚至可以真正地飞向天空。
“闪亮小人”立体风筝采用轻型材料和对称模型，主要部件包括碳纤维棒、手工缝制的帆船布以及一种经过特别设计及3D打印的尼龙连接器，其中独立的原件有23000多个。
英国南安普敦大学的工程师用3D打印机“打印”出世界第一架无人驾驶飞机SULSA。这架无人驾驶飞机，从机翼、整体控制面到舱门等所有部位全部由3D打印而成。
工程师首先设计出飞机样本，然后用尼龙激光烧结机层层打印出塑料或者金属结构部件。这些部件之间没有扣件，使用卡扣固定技术连接在一起。因此，整架飞机可在几分钟内完成组装并且无需任何工具。
SULSA飞机机翼长2米，最高时速可达160千米，而且在飞行的时候，几乎没有任何声响，可用于旅游、邮递等业务。
SULSA从设计到试飞只用了几天时间，如果你想随时完善不如意的地方，可及时进行调整。
如果你住在自己打印的房子里，里面都是自制的家具、厨具和餐具，会是什么感觉呢？
南加利福尼亚州大学霍什耐维斯教授研发出了轮廓建筑工艺技术。2004年，他曾运用这项技术打印出了长约1.52米、高0.91米、厚0.15米的建筑部件。
这项技术经过不断改进，不仅能够打印方形、圆形、环形甚至不规则形状的房屋部件，将来也有能力打印一整栋房子。
若要3D打印房子，工人们先要在修建房子的空地上安装巨大的打印设备，这个设备的外观有点像建筑行业中使用的两边有滑轨的巨大行车，只不过行车横梁上通常用来装吊货物的地方装有巨大的给料器。然后3D打印机会按照房屋三维设计图稳定均匀地挤压出混凝土，层层打印叠加出房子。
根据估算，建好一栋约232.3平方米的房屋仅需要20小时左右。
外形看上去酷酷的仿真吉他ODD Spider，是由3D打印机打印出来的，它安装上琴弦和琴颈后，就能演奏音乐，绝对让吉他迷们疯狂。
ODD Spider由德国一家小提琴制作公司用塑料粉末烧结系统加工制作而成，其使用的Polyamide 2200原料可以被染成任意颜色。
琴弦下面的面板可以被打印成不同形状，而且我们可以在面板上镶嵌形象逼真的蜘蛛或者蝴蝶等。
名为“Glove One”的手机像手套一样，人们可以轻易地将它戴在手上。
虽然它不是第一部可穿戴手机，但它非常精美，外观相当拉风，看上去就像未来战士的金属手套。最特别的是，手套的每个部件都是用3D打印机打印出来的。
尽管它还只是一部原型机，但已具备一些功能。
它的“关节”可以灵活转动，每个“关节”上都有一个物理拨号按键。戴上它后，你只需按按键，然后做出打电话的手势，用拇指和小指分别作扬声器和话筒，便可接通电话。
它通过迷你USB接口充电，当然，它也有SIM卡插槽。
3D打印设备——3D打印机对于3D打印而言绝对功不可没，是3D打印的大功臣。
3D打印技术不断进步，3D打印机之间的比拼又如何？
世界最大的3D打印机有多大？
Objet 1000是目前世界上最大的打印机，它能够容纳约108千克的树脂（3D打印原材料），这就已经比许多3D打印机还要重了。
Objet 1000是同类别3D打印机的3倍，拥有1000mm×800mm×500mm的可打印面积，同时还继承了Objet公司世界一流的3D打印精度，能刻画出16微米的打印层。
更厉害的是，Objet 1000支持同时以14种打印材料完成作业。
有了这种大型3D打印机，直接打印整个自行车车架都没有问题。到时候，在自行车赛上出现清一色的3D打印自行车，你可别太惊讶哦。
Concept Laser公司生产的3D打印机以金属粉末作为原材料，而融化金属采用的“武器”是高温的激光束。
Concept Laser的3D打印机可以应用在贵金属首饰加工，或钛合金材料部件加工上。
MCOR打印机使用办公用纸作为打印原材料，非常环保。
这种打印机将常见的书本纸胶合，然后一把刀具会一遍又一遍地在“纸块”上把3D模型雕刻成产品。
近期，MCOR公司又推出了新款的MCOR Iris，增加了彩印功能，这样，打印出来的3D产品将不再只有白色的。
虽然造纸业污染严重，但是把纸张作为原材料进行3D打印不会造成污染，而且MCOR胶合纸张使用的胶水也是绿色环保的树胶。
有的3D打印机用塑料作原材料，有的用固化复合树脂或巧克力打印，VoxelJet公司则推出了一系列以沙土作为打印原料的3D打印机。
VoxelJet 3D打印机采用固体颗粒（沙子）和胶水作为打印原材料，以此制造金属铸造中使用的模具。
这种3D打印机打印出来的成品有空隙，可以直接将铁水等液态金属浇注进去，当模具内的金属冷却后，直接用锤子把沙模敲碎，这样一件实体模型就做好了。
3D打印，咱普通人玩得起吗？
3D打印其实很简单，一台轻便的3D打印机在手，我们就是最时尚的3D打印达人。可3D打印也不简单，两大法宝——三维模型和特殊材料样样少不了。
要花多少钱才能3D打印？3D打印机在现实生活中是否普遍？
我们点击进入淘宝网，直接查询“3D打印机”，便会看到数百条搜索结果。3D打印机的价格从几千元到几万元不等，最便宜的只要3000多元。难道3000多元就可以买台3D打印机在家3D打印？
没错，用3000多元的3D打印机打印小东西足够了。这种3D打印机只有一张桌子那么大，上面有个半透明的罩子，它连接电脑，便能快速打印出各种小模型。
你看，半个多小时的时间，一个塑料扳手就成型了。它不仅仅是个模型，顶端还能转动，与真扳手一样，只不过是塑料制成的。
不少3D打印爱好者自己制作3D打印机，成本并不高。只要有时间，自己在家打印个水杯或者塑料盒等，还是蛮有趣的。
除了价格比较实惠外，很多3D打印机很轻便。比如世界上首部便携3D打印机Portabee大概只有2.8千克，只需几秒钟，我们便可以把它折叠好，放入电脑包中。
要想打印出立体产品，产品的三维模型可少不了。很多人往往只关注3D打印的过程，却忽略了最核心的三维模型。
建立三维模型主要有两种方法：一种是用扫描仪对已有物品进行扫描，然后利用得到的数据在电脑上画出三维结构，另一种是用软件直接画出三维模型。
后一种方法可以满足我们自由创作的需要。无论想打印什么，只需要发挥自己的想象力画出来就可以了，可并不是每个人都懂得用3D软件建模。
现在有一款名为Photofly 的软件，只要有一张图片，我们就能运用这个软件把图片生成三维模型。
而且不少国外公司也已经把各种三维模型贴在了网上，例如Tinkercad 等网站。我们可以登录这些网站，按照上面的方法在线建模。一张照片或者其他二维图片，都能通过程序转换成3D模型。
有了三维模型后，下一步就要把这个模型进行切片处理，得到许多个类似切片面包的“片层”。当然，这些“片层”要比切片面包薄很多，其厚度比头发丝还要细。之后，我们可以根据“片层”的数据逐一打印它们。
3D打印时，还必须选好打印材料，因为它直接关系到产品的性能。
例如，在用激光固化法进行打印时，必须选用光敏树脂这一材料，才可以打印出尺寸精度较高、表面光滑的产品。