3D打印技术：第三次工业革命的引导者

三千年的等材制造，三百年的减材制造，三十年的增材制造，这是上海大学快速工程制造中心主任胡庆夕教授归纳总结出人类发展史上制造工艺的基本呈现方式。接近三百年的减材制造可以说是整个大工业革命发展的缩影，它广泛采用车、铣、刨、钻、磨等切削加工方法制作出的工件精度高，表面品质好，成为机械制造业最常用的成型方法，同时也将人类文明发展推送到一个很高的顶峰。

但是，减材制造采用的毛坯通常需由铸造或锻造而成，并且往往还需要模具，加工周期较长，材料利用率较低，成本较高，另外还受刀具或模具的限制，有时甚至无法成型一些内外形状很复杂的工件。这些弊端在传统制造业已经高度发达的今天对生产力进一步提升形成了明显的阻碍，犹如一颗逐渐失去弹性的皮球让众多行业进入发展瓶颈期。此时必须要有一种新的生产关系出现来匹配新条件下的生产力，以期实现可持续发展的目标。

3D打印技术已经成功地将传统复杂的生产工艺简单化，将材料领域的疑难问题程序化，并开始渗透到我们生产、生活的方方面面。过去工业化最大的成就就是通过机械化实现了规模化大生产。而3D打印技术则将规模化大生产演变为若干个体，打破集约化生产的传统模式。只要一台3D打印机，我们就可以在家里生产任何需要的东西，而且可以不断变化款式、样式。那么，未来某些领域我们的服务对象可能就变成自己，自己既是生产商，也是顾客。新的生产方式已经发生了重大改变，传统的生产制造业将面临一次长时间的“洗牌”。

3D打印技术起源于制造业战略从规模化生产到个性化需求的变迁。以快速成型工艺为代表的材料累积式成型的增材制造技术出现之始的10年间，其快速原型的Fit/From/Function在新产品开发中的显著作用有力推动了制造业快速响应市场的需求。基于快速原型的快速模具技术，可以满足样件翻制及小批量产品的需求，顺应了批量小、品种多、改型快的现代制造模式。基于喷射技术的3D打印建造方式，进一步丰富了3D打印工艺的内涵，成型材料和设备的进一步发展也拓展了3D打印技术的应用领域，零部件的单件个性化制造显示了3D打印技术的优势，其设备操作的便捷性和小型化，使得3D打印技术走进了个人办公室及个性化设计爱好者的家庭。同时，SLM、LENS、EMB等3D打印工艺的实用化，使得金属结构件可以直接快速地制造，突破了原有快速成型与3D打印工艺制造产品材料及性能的限制，使得制造业又成为3D打印技术应用领域中的主战场。

3D打印技术在工业制造领域的应用主要体现在以下几个方面。

（1）新产品开发过程中的设计验证与功能验证 3D打印技术可快速地将产品设计的CAD模型转换成物理实物模型，这样可以方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合理性、可装配性、美观性，发现设计中的问题并及时修改。如果不进行设计验证而直接投产，一旦存在设计失误，将会造成极大的损失。(www.xing528.com)

（2）可制造性、可装配性检验和供货询价、市场宣传 对有限空间的复杂系统，如汽车、卫星、导弹的可制造性和可装配性用3D打印方法进行检验和设计，将大大降低此类系统的设计和制造难度。对于难以确定的复杂零件，可以利用3D打印技术进行试生产以确定最佳的工艺。此外，3D打印技术中的快速原型还是产品从设计到商品化各个环节中进行交流的有效手段。

（3）单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产 对于高分子材料的零部件，可用高强度的工程塑料直接增材制造，满足使用要求；对于复杂金属零件，可通过SLM等工艺获得。该项应用对航空航天及国防工业具有特殊意义。

（4）快速模具制造 通过各种转换技术将产品原型转换成各种快速模具，如低熔点合金模、硅胶模、金属冷喷模、陶瓷模等，也可以进行模具型芯镶嵌件以及铸造砂型的直接制作，进行中小批量零件的生产，适应产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势。

3D打印技术的应用领域几乎包括了工业制造领域的各个行业，随着人们物质生活水平的不断提高，该项技术必将在制造工业得到越来越广泛的应用。