什么是3D打印技术？据说可以打印汽车和食物以及器官。

随着人类社会的发展，文化、艺术、生产工具和技术的进步，经济也在不断发展。在几千年的历史长河中，中国以其优秀的文明，尤其是经济实力遥遥领先于其他国家。从英国人安格斯·麦迪逊写的《世纪经济千年史》中我们可以看到，中国经济总量占世界经济总量的比重在1000年是22.7%，在1500年是25%，在1600年是29.2%。东方文明领先于西方世界。

然而，这种格局在17世纪后发生了根本变化。随着英国资本主义制度的建立，蒸汽机开始用于生产领域，机器生产取代了手工生产。全球从“手工业时代”进入“蒸汽时代”，第一次工业革命开始，极大地促进了欧洲国家的经济发展。由于生产方式的改变，生产能力大大提高，国内市场无法及时消化日益增长的商品生产，于是英、法、德、意、荷等资本主义国家纷纷将殖民地扩大到亚非等其他大洲，寻找新的市场和原料供应地。显然，以英、法、德、意、荷为代表的欧洲文明已经赶上并超越了亚洲，从而形成了东方从属于西方的局面，可谓创造并改变了世界格局。最实质性的变化是从第二次工业革命到20世纪中叶。1870以后，由于电力的广泛应用，世界从“蒸汽时代”走向了“电气时代”，科技发展突飞猛进，各种新技术、新发明层出不穷，并迅速应用于工业生产，极大地推动了世界经济的发展。特别是美国的崛起，说明制造业在一个国家中的地位举足轻重。18年底，美国效仿英国，独立后走上工业化和现代化道路。自伊丽莎白时代以来，英国的制造业一直受到国家的鼓励，其商业力量开始向全球扩张。在路易十四统治时期，法国在工商业方面取得了巨大的进步。西班牙和葡萄牙在世界各地夺取了大量商业据点，甚至俄罗斯和土耳其等国家也在发展商业和制造业。这是大势所趋。因此，美国意识到，只有致力于发展工商业，特别是发展制造业和使用机器，美国才能跻身世界强国之列。基于这一理念，美国大力发展制造业。19世纪上半叶，美国最重要的发展是新工厂制度的建立。它把原来分散的生产工序组合起来，实行新的分工，然后把制造某种商品的所有工序集中在一个工厂，置于统一管理之下。经过一百多年的发展，到19世纪末，世界金融中心从伦敦转移到纽约，美国成为世界上最发达的国家和最大的经济强国。可以说，制造业不仅改变了世界格局，也决定了一个国家的发展程度。比如美国68%的财富来自制造业，49%的国民生产总值由制造业提供。改革开放以来，中国制造业发展迅速。2011年，我国高技术制造业年总产值达到9.2万亿元，占我国国内生产总值的19.51%，加工贸易出口总额达到8354亿美元，占我国国内生产总值的11.2%。制造业的发展不仅为普通人的日常生活提供了保障，也为提高中国的综合国力奠定了基础。

自2008年美国金融引发的全球经济危机爆发以来，世界经济似乎从未走出低谷。期间虽多次试图反弹，但由于后劲不足，依然增长乏力。历史经验一再证明，全球经济衰退的时候，就是新经济萌芽、新技术诞生的时候。全球经济的不景气表明，传统的生产关系已经严重阻碍了生产力的发展，变革将成为生产关系的新动力。

今年以来，关于第三次工业革命的讨论达到高潮。美国学者杰里米·里夫金表示，互联网与新能源的结合将引发新一轮工业革命——这将是继19世纪的蒸汽机和20世纪的电气化之后的第三次“革命”。英国《经济学人》杂志也指出，3D打印技术的市场潜力巨大，势必成为引领未来制造业潮流的诸多突破之一。这些突破将使工厂彻底告别车床、钻头、冲床、成型机等传统工具，由更加灵巧的计算机软件主导，这是第三次工业革命到来的标志。

3D打印技术属于一种非传统加工技术，又称增材制造、快速成型等。它是集光、机、电、计算机、数控和新材料于一体的先进制造技术，近30年来引起了全球先进制造领域的兴趣。与切割等材料的“去除法”不同，该技术通过将粉末、液体薄片等离散材料逐层叠加，“自然生长”成三维立体，将三维立体变成若干个二维平面，大大降低了制造复杂度。理论上，只要在计算机上设计出结构模型，就可以应用这项技术，在没有工具、模具和复杂工艺条件的情况下，快速将设计变成实物。该技术特别适用于航空航天、武器装备、生物医学、模具等领域小批量、非对称结构、多曲面、多内容结构的零件(如航空发动机空心叶片、人体骨骼修复、保形冷却通道)的快速制造。，符合现代和未来的发展趋势。

3D打印技术的起源与发展

3D打印技术的核心制造理念起源于美国。早在1892中，J.E.Blanther就在其专利中建议采用分层制造法构造地形图。1902年，Carlo Baese提出了用光聚合物制作塑料零件的原理。1904年，佩雷拉提出了在纸板上切割轮廓，然后将这些纸板粘合成三维地形图的方法。20世纪50年代后，出现了数百项关于3D打印的专利。80年代后期，3D制造技术有了根本性的发展，出现了更多的专利。只有24项美国专利在1986-1998之间注册。1986年赫尔先生发明了立体光刻外观(SLA)，1988年费金发明了分层实体制造，1988年戴克发明了粉末激光烧结技术(SLS，选择性激光烧结)，1992年克伦普发明了FDM，熔融沉积成型(FDM)，1993年萨克斯先生在麻省理工发明了3D打印技术。

随着3D打印专利技术的不断发明，相应的生产设备也随之发展起来。65438-0988年，美国3D Systems公司根据赫尔的专利生产了第一台现代3D打印设备——SLA-250(光固化成型机)，开创了3D打印技术发展的新纪元。在随后的10年间，3D打印技术蓬勃发展，出现了十余种新技术和相应的3D打印设备。Stratasys的FDM设备、Cubital的固地固化(SGC)设备和Helisys的LOM设备在1991进行了商业化。1992 DTM(现属于3D系统)成功开发SLS技术。1994德国EOS公司引进EOSINT选择性激光烧结设备。1996 3D Systems使用喷墨打印技术制造了其第一台3D打印机——ACTUA 2100。同年，Z公司也发布了Z402 3D打印机。总的来说，美国在装备研发、生产和销售方面占据领先地位，其发展水平和趋势基本代表了世界的发展水平和趋势。欧洲和日本也不甘落后，进行了相关的技术研究和设备研发。当时台湾省立大学虽然有LOM设备，但4SL系列设备是台湾省内各单位和军队引进安装的，香港生产力促进局、香港科技大学、香港理工大学、香港城市大学都有RP设备，重点是相关技术的应用和推广。

邓小平同志说，科学技术是第一生产力。3D打印技术作为最先进的制造方法，也代表了世界上最先进的科学技术。党和国家历来重视科技产业的发展。20世纪80年代中期，党中央、国务院提出并实施了高技术研究发展计划，在生物技术、信息技术、自动化技术、新材料技术、激光技术等对我国未来经济社会发展有重大影响的诸多领域设立了15专题项目，以跟踪世界先进水平。在这种形势下，1994成立了国内第一家从事3D打印的北京龙源汽车成型有限公司，注册资金200万美元，专业从事快速成型设备的研发和销售，并于当年成功制造出国内第一台SLS快速成型设备——AFS-360。这种设备以聚丙烯(PP)和塑料粉末(PS)为原料，用于生产假牙、高尔夫球杆头和头骨。

3D打印技术和装备水平

在设备研发方面，德国、美国、日本在该领域处于世界领先水平，并形成了一批专业化、规模化生产3D打印设备的知名企业，如德国EOS、美国3D Systems、日本CMET等。3D Systems生产的SLA设备在国际市场上占比最大。从1988开始，企业陆续推出SLA-250、250HR、3500、5000、7000、蝰蛇Pro系统等SLA设备(最大成型空间达到1500×750×550mm)。其主要技术优点是使用寿命长(5000小时以上)，成型精度高(5000小时以上)。日本Denken工程公司和Autostrade公司打破SLA设备使用紫外光源的惯例，率先使用波长约680nm的半导体激光器作为光源，大大降低了SLA设备的成本。在SLS设备方面，德国EOS公司和美国3D系统公司是世界上该技术的主要提供商。成型材料已经从早期的高分子材料扩展到金属、陶瓷等功能材料。成形精度约为0.1-0.2mm，成形空间逐渐增大，最大台面超过500 mm..在金属直接3D打印领域，全球有很多成熟的设备制造商，包括德国的EOS (EOSING M270)，美国的MCP (Realizer系列)，德国的Concept laser (M Cusing系列)。瑞典Acram公司的EBM设备也占有重要地位。

北京龙源公司自1994年研制成功第一台激光快速成型机以来，一直致力于选择性激光粉末烧结(SLS)快速成型机的研制，致力于快速成型的应用和加工服务。AFS-360，500，laserCore5100，5300，7000等SLS设备。(最大成型空间1400×700×400mm)已陆续推出，现已拥有110以上设备用户，10。作为公司的总经理，冯涛毕业于清华大学，就职于清华大学高分子材料研究所。在高分子材料和激光光学方面具有良好的理论知识和实践经验，是国内最早从事激光快速成型技术研究的专家之一。他在3D打印技术的应用和材料方面有着深厚的造诣。早在1995，他就提出将SLS应用于快速精密制造。与其他3D打印机技术相比，SLS最突出的优势是成型材料使用范围广。理论上，任何加热后能在原子间形成键的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。目前SLS能成功加工的材料有石蜡、聚合物、金属、陶瓷粉末及其复合粉末材料。SLS由于其成型材料种类多、节省材料、成型件性能分布广、适用于多种用途，并且SLS不需要设计和制造复杂的支撑系统，因此得到越来越广泛的应用。在他的带领下，龙源公司成功研发了铸造熔模、蜡模、铸造型壳等复杂制造方法，后来又研发了聚苯乙烯粉末和材料在3D打印中的应用方法。现在冯涛已经开始研究金属粉末在SLS技术中的应用，并取得了一定的成果。在他看来，实现高熔点金属零件的直接烧结意义重大，这是传统切割方法难以制造的高强度零件，3D打印技术的应用更广泛。金属材料领域SLS成形技术的研究方向应该是单元系金属零件的烧结、多元合金零件的烧结、金属纳米材料、非晶金属合金等先进金属材料的激光烧结等。，特别适用于硬质合金材料制成的微型部件的成型。另外，根据零件的具体功能和经济要求，烧结出具有功能梯度和结构梯度的零件。随着激光烧结金属粉末成形机理的掌握，各种金属材料最佳烧结参数的获得以及特种快速成型材料的出现，SLS技术的研究和引进必将进入一个新的境界。

广泛的应用

3D打印技术作为集光学、机械、电气、计算机、数控和新材料于一体的先进制造技术，已广泛应用于航空航天、军事和武器、汽车和赛车、电子、生物医药、牙科、珠宝、游戏、消费品和日用品、食品、建筑、教育等诸多领域。可以预见，3D打印技术将趋向于日常消费品制造、功能零部件制造和组织结构一体化制造的方向。

航空航天:航空航天产品的特点是形状复杂，批量小，零件规格差异大，可靠性要求高。产品的定型是一个复杂而精密的过程，往往需要多次的设计、测试和改进。它既昂贵又耗时，而且传统方法很难制造。3D打印技术以其灵活多样的工艺方法和技术优势，在现代航空航天产品研发中具有独特的应用前景。在国外，3D打印技术在航空航天领域的应用由来已久。美国波音公司将3D打印技术与传统铸造技术相结合，制造出铝合金、钛合金、不锈钢等不同材质的货舱门支架。通用汽车利用3D打印技术制造航空航天、船舶叶轮等关键零部件；比利时Materialise公司的猛犸激光快速成型系统，最大加工尺寸可达2200mm一度；在国内，北京龙源依托自身的技术优势，由中国航天部等部门和飞机制造公司为直升机发动机、直升机机箱、蜗轮泵、钛架、排气管(最大高度2800mm)、飞机悬挂、飞轮壳等飞机零部件提供生产服务。

军工:与传统制造技术相比，3D打印技术具有简单化、可操作性的特点，尤其是对于一些新材料的加工，效果尤为显著。例如，铝合金一直是军事工业中应用最广泛的金属结构材料。铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀性好、耐高温的特点。作为结构材料，由于其优良的加工性能，可制成各种截面的型材、管材、高筋板等，以充分发挥材料的潜力，提高构件的刚度和强度。因此，铝合金是武器轻量化结构材料的首选。美国军方应用3D打印技术辅助制造导弹用弹起式点火器模型，取得了不错的效果。在我国，钛合金已被广泛应用于自行火炮炮塔、部件、装甲车、坦克和军用直升机的制造。从65438到0999，北京龙源汽车成型有限公司利用3D打印技术参与了多个国家重点项目的研制，如:大推力火箭液氧-煤油、液氧-液氢发动机；JS-ⅱ新型贮箱涡轮增压器和卫星陀螺仪框架:红外制导仪观察镜的外壳，进一步促进了中国军事工业的发展。

汽车制造:目前德国奥迪汽车公司(Audi)使用拥有成功3D打印技术的库卡机器人制造奥迪RSQ汽车。随着我国汽车工业的发展和汽车产量的快速增加，一些关键零部件越来越复杂、大型化和轻量化，这就要求零部件的整体化和集成化制造。传统的用模具把沙子变成模具的工艺越来越复杂，活件数量也急剧增加，制约了我国汽车工业的发展。因此，北京龙源公司总经理冯涛开始研究3D打印技术来生产汽车发动机。SLS是一种利用红外激光束提供的热量来形成三维零件的塑料材料。加工开始时，在工作平台上均匀铺一薄层热塑性粉末(100μ m ~ 250μ m)，通过辅助加热装置加热到熔点以下的温度。在均匀的粉末表面，计算机根据零件当前层的信息控制激光进行扫描，粉末在激光扫描的地方烧结形成固体，粉末仍未扫描，可作为下一层的支撑，成型后可取出。制成上层后，成型活塞下降一层，供粉活塞上升。粉末通过粉末撒布辊从粉末供应活塞移动到成型活塞，粉末被整平后可以扫描下一层。重复这个辅粉和选择性烧结过程，直到最后一层，这样就做成了一个三维立体。SLS的一个最大特点就是成型工艺与复杂程度无关，因此特别适用于发动机缸体、气缸盖、进排气管等内部结构极其复杂的零部件。另一个重要特点是造型材料范围广，特别是树脂砂和消失的包埋料。因此，结合铸造技术可以快速铸造发动机零件。SLS技术将快速原型技术与传统铸造技术有效结合，快速制造复杂金属零件。发动机缸体和缸盖一般都是铸造产品。利用快速铸造技术，可以在短时间内获得与最终产品材质相同、性能相近的发动机产品，用于测试和检验。冯涛认为，快速铸造技术是SLS技术和铸造技术相结合的产物，其特点是简单、精确、可靠和延展性好，可以有效地应用于发动机设计开发阶段的样机快速制造。适用于单件小批量的试制和生产，能够快速响应市场，提供小批量产品进行测试和检验，有助于保证产品开发的速度。可以在设计和开发阶段以低成本修改模制过程的可控性，以便检查设计或提供组装模型。有助于提高产品的开发质量。快速原型原材料的多样性为产品开发阶段提供了不同的工艺组合。由于SLS原材料的国产化和成型工艺可以与传统工艺有机结合，有助于降低开发成本。组合过程的快速性支持了产品更新频率的提高，并有助于促进产品尽快进入市场。利用3D打印技术生产发动机缸体、缸盖、变速箱壳体等。对于汽车制造商来说，不仅制造速度快，而且精度高，从而使复杂汽车零部件的制造数字化、精密化、柔性化、绿色化。现在很多高铁、动车、地铁的国产发动机都有龙源的产品。

生物医学:目前3D打印技术也应用于生物医学，包括骨骼、牙齿、人工肝脏、人工血管、药物制造等。在生物制造方面，欧美等发达国家已经进行了很多研究和广泛的临床应用:在美国，利用SLA制造技术和生物相容性树脂可以制造医用助听器、眼晶状体模型、假牙等；在意大利，人体骨骼假体由SLA制造技术制造。1998北京龙源公司与北大口腔医院合作。口腔医院将患者的CT扫描数据从CT工作站经Magics软件处理后传输到PC上，并以标准格式(Dicom格式)刻录存储，提供给北京龙源公司。北京龙源公司开发了AFS-320快速成型机，采用选择性激光粉末烧结法。原料为聚苯乙烯粉，制成实体模型治疗颧骨上颌骨骨纤维异常增殖症，取得了良好的效果。同时将其用于颧弓陈旧性粉碎性骨折的治疗，临床应用结果表明治疗效果良好。

重要的战略意义

3D打印技术的范围很广