增材制造(additive manufacturing，AM)技術(shù)(也稱為3D打印技術(shù))是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的新型制造技術(shù)。目前，增材制造成形材料包含了金屬、非金屬、復(fù)合材料、生物材料甚至是生命材料，成形工藝能量源包括激光、電子束、特殊波長光源、電弧以及以上能量源的組合，成形尺寸從微納米元器件到10 m以上大型航空結(jié)構(gòu)件，為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展以及傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了巨大契機(jī)。

3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

3D打印技術(shù)避免了傳統(tǒng)制造業(yè)的切割工藝，不需要模具制造。加工速度快，生產(chǎn)周期相對較短。更重要的是，3D打印在制造體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體方面有很大的優(yōu)勢。通過集成印刷技術(shù)，不需要二次加工，通過計(jì)算機(jī)在線操作實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和遠(yuǎn)程控制。

3D打印技術(shù)具有代表性的是熔積成型技術(shù)。其工作原理是通過送絲裝置將熱熔長絲材料送入噴嘴。在計(jì)算機(jī)軟件的控制下，加熱噴嘴擠出軟化的材料，并開始沿著物體的輪廓移動(dòng)，直到半流動(dòng)材料的填充和固化完成，從而形成3D打印產(chǎn)品。例如，對于塑料制品的三維打印，通過加熱三維打印機(jī)的噴嘴使塑料熔化，擠出后塑料迅速冷卻，并與周圍材料粘合和覆蓋。目前，FDM可以印刷金屬、石蠟、ABS、PLA、人造橡膠等,同時(shí)生產(chǎn)3D模型、機(jī)械零件、日用品等。廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域。與傳統(tǒng)機(jī)械加工生產(chǎn)相比，FDM技術(shù)具有成本低、材料廣泛、原材料利用率高、污染少等優(yōu)點(diǎn)。

突破瓶頸才能飛速發(fā)展

限制3D打印技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的主要因素是3D打印材料的特殊性和打印設(shè)備的適用性。目前3D打印技術(shù)中可用的快速成型材料主要包括高分子材料、金屬材料和無機(jī)非金屬。雖然高分子材料在商用3D打印機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用，但其他材料的應(yīng)用還處于探索的初級階段(例如限于特定的塑料、樹脂和金屬材料，精度只能達(dá)到微米級)，因此打印材料數(shù)量有限,極大地限制了3D打印技術(shù)的推廣。

好在隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，未來會出現(xiàn)更多的成型材料和綜合性能良好的材料，這將為3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和普及提供很好的支撐。另一方面，隨著3D打印技術(shù)可用材料的不斷增加和3D打印機(jī)工作能力的不斷提高，3D打印機(jī)可打印的實(shí)體模型類型將呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷拓展。最重要的是，隨著設(shè)備的完善和新興技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印產(chǎn)品的尺寸精度和材料性能將進(jìn)一步提高，對傳統(tǒng)機(jī)械和手工制造行業(yè)的影響將逐步顯現(xiàn)。

拓寬應(yīng)用領(lǐng)域也將推動(dòng)3D打印產(chǎn)業(yè)全面進(jìn)步。3D打印將與機(jī)器人、人工智能等技術(shù)一起，提高制造業(yè)生產(chǎn)線的柔性化程度，以更低成本生產(chǎn)定制產(chǎn)品，推動(dòng)制造業(yè)生產(chǎn)方式由大規(guī)模生產(chǎn)向個(gè)性化定制轉(zhuǎn)變。同時(shí)，憑借節(jié)約倉儲和物流成本、快速響應(yīng)本地市場的優(yōu)勢，3D打印將推動(dòng)制造業(yè)向本地制造模式發(fā)展。此外，3D打印教育深入推廣將會推動(dòng)創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)的興起，家庭打印機(jī)、小型3D打印店更加普及，人們將能夠制造自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。未來，隨著3D打印機(jī)、材料和后處理技術(shù)的發(fā)展，3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。