3D打印行业研究报告-

1、3D 打印行业争辩报告（胡彬 2013-8-11）一、何谓 3D 打印3D打印机，英文“3D Printers”，3D 打印这个名称是近年来该产品针对民用市场而消灭的一个新词，是通俗叫法，其实在专业领域它有其它学术名称“快速成形技术”(及“快速原型制造技术”、“增量制造技术”、“增材制造技术”)。快速成形技术(又称快速原型制造技术 Rapid Prototyping Manufacturing， 简称RPM)，诞生于20世纪80年月后期，是基于材料积累法的一种高新制造技术， 是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意外形，依据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成

2、实物模型的技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有肯定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面供应了一种高效低成本的实现手段。RPM 技术是在现代CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成进展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是分层制造，逐层叠加，这种工艺可以形象地叫做增长法或加法。形象地讲，快速成形系

3、统就像是一台立体打印机，因此得名“3D打印机”。3D 打印机的原理：3D 打印机可以依据零件的外形，每次制做一个具有肯定微小厚度和特定外形的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。每个截面数据相当于医学上的一张CT 像片；整个制造过程可以比方为一个积分的过程。当然，整个过程是在电脑的把握下，由 3D 打印机系统自动完成的。二、3D 打印的进展历程1984 年，Charles Hull 开头研发 3D 打印技术，【1986 年】，他独立门户，创办了世界上第一家3D 打印技术公司，也是现在的 3D 市场领军者之一 3D Systems 公司（NYSE: DDD），同年发布了【

4、第一款商用 3D 打印机】，2012 年 1 月，他们收购了另外两家 3D 打印公司 Zcorp 和 Vidar Systems；1988 年，Scott Crump 创造了 FDM（热熔挤制成型）技术，并于 1989 年成立了现在的另一家 3D 打印上市公司斯川塔斯 Stratasys（NASDAQ:SSYS），该公司在 1992 年卖出了第一台商用 3D 打印机。2012 年 4 月，Stratasys 还收购了以色列的 Objet 公司，从而成为【全球最大】3D 打印机制造商。1989 年，美国麻省理工学院的 Emanuel M. Sachs 和 John S. Haggerty 等在美

5、国申请了三维印刷技术的专利，之后 Emanuel M. Sachs 和 John S. Haggerty 又多次对该技术进行完善，形成了今日的三维印刷快速成型工艺。1993 年，麻省理工学院获 3D 印刷技术专利。1995 年，美国 ZCorp 公司（后被 3Dsystems 收购）从麻省理工学院获得唯一授权并开头开发 3D 打印机。1996 年，媒体第一次使用【3D 打印】这个词来称呼当时的快速成型机，后来取代了之前的称谓，成就了现在流行的 3D 打印这个概念；2005 年，市场上首个高清楚彩色 3D 打印机 Spectrum Z510 由 ZCorp 公司研制成功。2008 年，开源 3D

6、 打印项目【RepRap】发布“Darwin”，3D 打印机制造进入新纪元；同年，Objet 推出 Connex 500，让【多材料】3D 打印成为可能。2010 年 11 月，世界上第一辆由 3D 打印机打印而成的汽车 Urbee 问世。2011 年 6 月 6 日，发布了全球第一款 3D 打印的比基尼。7 月，英国争辩人员开发出世界上第一台 3D 巧克力打印机。8 月，南安普敦高校的工程师们开发出世界上第一架 3D 打印的飞机。2012 年 11 月，苏格兰科学家利用人体细胞首次打印出人造肝脏组织。目前，美国拥有世界上的打印设备，而所占的比例只有，有着很大的提升空间。3D 打印技术在美国已

7、经产业化，目前全球有两家 3D 打印机制造巨头，分别 Stratasys 和 3D Systems，均在美国纳斯达克上市， 2011 年营业收入分别为 1.7 亿美元和 2.9 亿美元。目前国外 3D 打印机制造商主要有：商用 3D 打印机主要制造商包括 Stratasys，Objet Geometries,Z Corporation， 3DSystems 等。家用 3D 打印机主要制造商有Reprap，Makerbot Industries， Ultimaker，Botmill，FabHome 等。三、3D 打印为什么近两年突然热起来2012 年 3 月 19 日，美国总统奥巴马在卡内基梅隆

8、高校宣布创立美国“制造创新国家网络”方案。由政府主导、联邦政府和工业部门共同斥资 10 亿美元逐步建立 15 个“制造创新中心”，组成创新网络。2012 年 4 月 21 日，英国经济学人刊文第三次工业革命，认为 3D 打印技术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。2012 年 8 月 16 日，美国“国家增材制造创新中心”作为其首个“样板示范”创新中心剪彩成立。作为新技术争辩、开发、示范、转移和推广的基础平台，号称要成为增材制造技术全球卓越中心并提升美国制造全球竞争力。至此，3D 打印作为媒体和资本的新宠，风风火火地从幕后走向台前，进展如火如荼。从飞机、汽车、枪支、巧克力、比

9、基尼到星球再造式的沙漠打印，让越来越多的人了解到 3D 打印技术，开头憧憬着将来革命性的技术将对这个世界带来的影响。四、3D 打印国内外现状1、3D 打印国外现状除了上面已提到的国外的企业/高校及产品，下面再列举一些比较知名的： 1996 年，3D Systems、Stratasys、Z Corporation 公司分别推出 Actua 2100、Genisys、 Z402 产品，第一次使用了“3D 打印机”的称谓。2005 年，Z Croporation 发布Spectrum Z510，这是世界上第一台高精度彩色3D 打印机。同一年，英国巴恩高校的 Adrian Bowyer 发起开源 3D

10、 打印机项目 RepRap，其目标是制造出“自我复制机”，通过 3D 打印机本身，能够制造出另一台 3D 打印机。2008 年，第一版 RepRap 发布，代号“Darwin”，能够打印自身 50% 的元件，体积仅一个箱子大小。、国外知名 3D 打印企业及机构产品介绍德国 EOS 公司的金属粉末烧结机-EOSEOSINT M270 金属激光烧结系统，该设备接受 EOS 公司研发的 DMLS 技术（Direct Metal Laser-Sintering）进行金属件制作。EOSINT M270 激光烧结系统接受的是 Yb-fibre 激光放射器，具有高效能、长寿命等特点。精准的光学系统能够保证模

11、型的表面光滑度和精确度。氮气发生装置以及空压系统则使设备的使用更加安全。技术参数：最大成型尺寸250mm 250mm 215mm ； 建筑速度2-30mm3/秒；层厚 20-100 微米；激光放射器类型 Yb-fibre 激光放射器 200W； 光学系统 F-theta-lens；扫描速度最高速度为 7m/秒；支撑结构无；电源 220V， 32A 或 380V，16A；最大功率 5500W；氮发生装置标准；压缩空气支持 7bar，20m3/小时；产品尺寸 2000mm1050mm1940mm；建议安装空间 3500mm3600mm2500mm；重量 1130kg；数据处理 PC Windows

12、 操作系统；软件 EOS RP Tools.Magics RP（Materialise）；CAD 接口 STL 或其他可转换的格式；网络以太网；产品认证 CE，NFPA；可使用材料 不锈钢材料 钴铬钼合金 MP1 钴铬钼合金 SP1 马氏体钢 钛合金 纯钛 超级合金 IN718 铝合金。美国 3D SYSTEMS 公司这款 sPro 250 SLM 商用型金属 3D 打印机为目前比较先进的制造系统，能够供应长达为 320 毫米（12.6 英寸）的高工艺金属零件，具有精彩的表面光滑度、精细的功能性细节与严格的公差。可以选择广泛范围的金属合金使用，包括铝和钛。sPro 250 SLM 商用型金属

13、3D 打印机的应用领域包括产品质量原型的功能测试，具有有机或高度简单的几何外形。快速小批量制造金属部件的其他应用范例包括：定制医疗植入物、轻量级航空航天和赛车部件、高效散热片、带有随形冷却管道的注塑模具镶件，以及牙帽、牙冠和牙桥。SLM 工艺使用高功率激光逐层熔化直接来自 CAD 数据的金属细粉末，以创建功能性金属部件。每一层操作完后重新喷粉机系统将积累厚度范围从 20 到 100 微米的一个新粉末层。SLM 系统接受市售的气体雾化金属粉末产生完全致密的金属零件，包括不锈钢、钛、钴铬合金及工具钢的材料。这些系统在设计伊始均考虑到工具库或工人的需求，带有一个简洁的触摸屏用户界面，便于管理粉末处理

14、系统，结构牢固。只需选择满足客户特定应用需求的一种围护结构与材料。3D 打印技术在美国已经产业化，目前有两家 3D 打印机制造巨头，分别是Stratasys（开发制订行业标准技术之一 FDM）和 3D Systems(3D 打印技术的创始者)，均在美国纳斯达克上市，2011 年营业收入分别为 1.7 亿美元和 2.9 亿美元。2011 年 3D 打印市场规模 17.1 亿美元。不过，这一数字仅占全球制造市场的0.02%。以色列 objet 公司Objet 是快速成型和快速制造的光固化技术先锋，开发者，生产商及高精度， 高辨别率三维打印方案的全球市场推广者。Objet 系统都是基于经过市场证明的

15、自身专利技术的光敏树脂喷射技术，使得极为简单的三维部件都可以以高品质， 高精度和高速度打印出来。Polyjet 的打印头类似于行式打印机，沿着 X 轴前后滑动，在成型室里铺上一层超薄的光敏树脂。每铺完一层后，喷头架边上的紫外光球马上放射紫外光，快速固化和硬化每层光敏树脂。这一步骤削减了使用其他技术所需的后处理过程。每打印完一层，机器内部的成型底盘就会极为精确地下沉，而喷头连续一层一层地工作，直到原型件完成。精密的工具软件保证了全部的喷头能协调运作，能同步地往底盘上喷射等量的材料。这就产生了特殊平坦和光滑的表面。成型时使用了两种不同的光敏树脂材料：一种是用来成型实体部件的成型材料，另一种类胶体的

16、用来支撑部件的支撑材料。支撑结构的骨架先提前预排好程序用来协作简单的成型件（如空腔，悬垂，底切，薄壁的截面）。成型完成后，只用一个水喷头就可以轻易地移除支撑材料，留下光滑的表面。南非科工争辩理事会国家激光中心该中心争辩人员在激光添加制造技术（ Additive Manufacturing），一种最新的快速成型制造技术上取得突破。该项技术的概念试验论证显示，其生产速度是现有的可商业化的选择性激光烧结技术的 8.3 倍。目前，利用该技术可以生产不超过500 毫米的小尺寸部件，而当日揭牌的Aeroswift 项目将致力于制造2mx0.5m 的大尺寸部件。这将有助于南非航空制造公司 Aerosud 在

17、三年内跻身世界航空结构件制造的先进行列。南非科工争辩理事会与 Aerosud 公司共同担当了南非科技部资助的 Aeroswift 项目，旨在开发制造速度快批量大的激光添加快速成型技术， 为全球航天业制造金属钛部件。Aeroswift 项目的关键是 5 千瓦 IPG 单光纤激光二极管发生器，它是激光添加制造技术的核心。国家激光中心期望在 2012 年底、2013 年初完成该项技术设备的安装与测试工作，之后将其拆分，运至 Centurion 的航天谷，在那里重新组装并投入生产。南非 Aerosud 公司总经理在谈到其进展目标时表示，2013 年该技术将在试验厂投入使用，然后再用一至两年时间进行实际

18、开发并获得生产资质，2015 年实现与全球航空公司合作，为其供应小批量、高附加值、简单的钛金属部件。、国外 3D 打印案例2010 年 3 月，一位名为恩里科迪尼（Enrico Dini）的创造家设计出了一种奇特的 3D 打印机，它甚至可以“打印”出一幢完整的建筑。据恩里科迪尼介绍，这种打印机的原料主要是沙子。当打印机开头工作时，它的上千个喷嘴中会同时喷出沙子和一种镁基胶。这种特制的胶水会将沙子粘成像岩石一样牢固的固体，并形成特定的外形，然后只需要依据预先设定的外形一层层喷上这种材料， 最终就可以“打印”一个完整的雕塑或者教堂建筑。美国南加州高校 Behrokh Khoshnevis 教授估计

19、，截至 2050 年，使用石灰、水泥为耗材的“3D 打印房子”将实现，20 小时内就能打印出一套房子，住510 年都没有问题。意大利设计师 Marco Giubelli 使用三维打印机，挂念客户打印出了一个 90米长大坝的 3D 模型，呈现大坝建成后的样子。2011 年，世界上首款应用3D 打印技术的汽车“Urbee”在经过15 年的艰苦研制后在加拿大亮相，这辆名为“ Urbee”的汽车包括玻璃嵌板在内的全部外部组件都是通过大型 3D 打印设备生产。2012 年 8 月，世界上第一辆 3D 打印赛车“阿里翁”，在德国霍根海姆赛道完成测试，最高时速达 141 公里。从设计到打印，“阿里翁”车身的

20、出炉仅用时 3 周，所使用的 3D 打印机，能打印最大尺寸达到 2106880 厘米的零部件。威斯康星州工程师、业余枪械师迈克尔格斯林克(Michael Guslick)日前使用 Stratasys 3D 打印机以及从网络上下载的设计图，成功打印出了 AR-15 步枪的下机匣，并把它变成了一支枪。迈克尔不是使用打印机来打印整只枪，步枪的其他部分，则是利用标准部件组装而成。迈克尔供应了一个早期步枪模型的图片，展示了一个打印的热塑下机匣，以及购买的金属上枪匣、枪管、枪柄和弹盒等。当然，迈克尔也没有制作弹药。但随着低端打印机可以打印金属和陶瓷材料，可能有一天，人们可以打印出一把完整的枪。一款枪械的设

21、计蓝图，发布在网络上供人任意下载，你使用家庭自备的机器就可以把枪的全部零件制造出来这是2012 年 8 月在网络上发起的“维基武器”项目，发起者期望把制枪变成一种家庭作坊式的工作，而这一切都赖以一项名为“3D 打印”的技术。首款“3D 打印小飞机”SULSA 已于 2011 年在英国成功试飞。据悉，这架由英国南安普敦高校工程师制造的世界上第一架“3D 打印”小型无人驾驶飞机，包括 2 米长的机翼、整体把握面和舱门均是打印而成，可以在几分钟内不使用任何工具就组装完毕。美国福布斯杂志报道称，空客公司的机舱设计师近日宣称将从打印飞机的小部件开头，最终在 2050 年左右用 3D 打印机打印出整架飞机

22、。今年年底 A380 客舱将首次使用 3D 打印机生产的行李架；估计 2050 年左右，空客将利用 3D 打印机造出整架飞机的全部零件。据称，其打印机的体型可与飞机库大小比肩，打印技术制造的飞机重量将比传统型减轻 65%。几乎在同时，波音公司也宣告将来有力量利用 3D 打印技术，不使用任何金属即可打造一块完整的飞机机翼。医疗行业也已利用 3D 打印机进行手术用骨骼部件的打印。据英国广播公司（BBC）网站 2012 年 2 月 6 日报道，2011 年 6 月，荷兰一位颚骨感染的 83 岁老人成功安装 3D 打印机使用 MRI 数据打印的定制下巴植入物。比利时哈塞尔特高校宣布，比利时和荷兰的科学

23、家利用三维（ 3D）打印技术制成了首个完整的钛基下颚，并成功将其移植给了一位 83 岁的老妇，这表明精准的 3D 打印技术可用于人体骨骼和器官的移植。科研人员通过核磁共振成像（MRI）猎取了病患下颚的精确外形，并利用激光烧结 3D 打印机溶化钛微粒，使其一层层融合， 直至重塑出病患下颚的模型，却无需使用任何黏合剂。这种名为“附加生产”的技术利用高精度激光束，连续熔化很薄的钛金属粉末来制造器官。每层钛粉末都与上一层的截面黏合。1 毫米厚度需要熔化 33 层钛金属粉末，而制造整个下颚则需要熔化数千层钛粉末。其外面也掩盖了与生物相容的陶瓷层，以便它附着于患者的面部。与传统的制造方法相比，3D 打印技

24、术使用的材料更少，生产时间也更短。此前最大规模的3D 打印移植是 2008 年于芬兰实施的半个上颌骨移植， 科学家通过将 3D 打印的钛微粒融入干细胞中，并植入病患的腹部才培育出了与生物兼容的组织。比利时 3D 打印公司 Layerwise 的总经理彼得莫瑟里斯也表示，这仅仅是个开头，“附加生产”技术可使 LayerWise 生产出更简单的、符合病人需求的器官或移植物，在将来应用于更广范围的移植手术，而不仅限于人类骨骼结构的移植。德国夫琅禾费界面工程与生物工程争辩所争辩人员说，他们正在开发用立体打印机打印血管的新技术。利用 3D 打印和多光子聚合技术成功“打印”出了人造血管。3D 打印版的假肢

25、已挂念 3 万名病人正常行走，1000 万人正使用 3D 打印技术扫描患者耳朵轮廓后量身定做的助听器，牙医业扫描病患的每颗牙齿并使用3D 打印机制造透亮的隐性矫治牙箍。实际应用中，3D 打印机的耗材还并不是很丰富，但应用骨粉、细胞介质和生物墨水作为耗材的 3D 打印技术也已被研发出来，然而距离大规模的生产还有待时日。但这些耗材竟然可以“打印”出人体的骨骼、器官甚至是鲜肉，真真让人赞美。“骨骼打印机”产生的人造骨骼，除了精确仿真破损的骨骼区块，植入人体以后还能挂念受损的骨骼修补愈合，甚至能促使血管再生，作用类似桥梁。3D 打印做成的鲜肉特殊有弹性，而且烹饪后肉质松散有嚼头，丝毫不逊于真正的肉，就

26、连肉里的微细血管都能打印出来。人们吃到“3D 肉”的日子不会太远， 由于美国泰尔基金会近日已投资成立了“鲜肉 3D 打印技术公司”，期望能够为大众供应安全放心的猪肉产品。今年 7 月，英国每日邮报报道称，美国宾夕法尼亚高校宣布用改进的 3D 打印技术打印出了鲜肉，这种利用糖、蛋白质、脂肪、肌肉细胞等原材料打印出的肉具有和真正的肉类相像的口感和纹理，就连肉里的微细血管都能打印出来。英国争辩人员也研制出一种能打印塑料或金属材质物体的立体打印机。这种打印机可以安装在商店里，让顾客打印自己设计的首饰甚至衣服和鞋子。法国同学卢克富萨罗日前设计了一款高科技跑鞋。这款名为“为冠军设计” 的跑鞋通过“附加制造

27、技术”打造而成，材料主要是尼龙聚酰胺，重量只有 96 克，堪称全世界最轻的跑鞋。附加制造技术又称“3D 立体打印技术”或者“激光快速成型技术”。荷兰时尚设计师 IrisvanHerpen 发布了他用 3D 打印机制作的锦纶立体服装。美国康奈尔高校争辩人员研制出一种食物打印机，使用奶酪、巧克力、蛋糕糊等特殊“墨水”。可以制作出饼干、苹果派等多种食物。德国小提琴制作公司用 3D 打印技术制作出了一把斯特拉迪瓦里小提琴的复制品。纽约一家利用 3D 技术生产消费品的公司 Quirky 拥有 20 万的注册用户，他们在线搜集用户的创意，产品设计图纸，用 3D 打印机以最快的速度成型，设计者常从一个创意就

28、获得不少的收入，有的用户一年能赚几万美元。美国加利福尼亚州的 Legacy Effect 公司，利用 Objet 3D 打印机为电影特效片段制造 3D 模型和原型，为演员量身定制可以完全适合演员的脸、颈部和头部的道具，在电影侏罗纪公园、阿凡达、钢铁侠以及报仇者联盟中都有应用。日本一家公司推出了面对个人的“Baby 复原服务”，只需供应婴儿在母亲肚子里的 X 光照片，他们便可以复原成三维图像后，打印出一个肚子里的婴儿模型作为纪念。2、3D 打印国内现状从 1994 年开头争辩 3D 打印，北京隆源公司于 1995 年成功研发了一台AFS 激光快速成型机，随后华中科技高校也研制出了 SLS 快速成

29、型机。 3D 打印技术产业联盟由亚洲制造业协会联合华中科技高校、北京航空航天高校、清华高校等权威科研机构和 3D 行业领先企业共同发起的 3D 打印技术产业联盟正式宣告成立：2012 年 10 月 15 日下午，由亚洲制造业协会组织召开的 3D 打印技术研讨会在北京国际饭店进行，与会专家学者和企业家分别就“3D 打印技术的现状与前景展望”、“3D 打印技术与传统制造业结合”，“我国 3D 打印技术与国际差距”， “3D 打印技术的技术障碍和应用”等议题开放深化研讨。在研讨会上，通过了 3D 打印技术产业联盟章程，选举产生了组织机构，北京航空航天高校材料学院王华明教授被推举为首任理事长，华中科技

30、高校史玉升教授被推举为第一副理事长，亚洲制造业协会 CEO 罗军，湖南华曙高科有限公司总裁许小曙，南京紫金立德电子有限公司总裁连宁被推举为副理事长，清华高校颜永年教授被推举为首席顾问，武汉滨湖机电科技公司、中航激光公司、无锡飞而康快速制造公司， 杭州铭展网络公司、昆ft永年先进制造公司、以色列 objet 公司被推举为创始会员。与会专家全都认为，3D 打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命，已经广泛应用到航空航天等军事领域和大型简单构件的一次成型制造，是传统制造技术与新材料的完善结合。当前，我国在 3D 打印技术的核心领域已经与美国 3D 公司，以色列 objet 公司等国际巨头基本处于同一

31、水平。但是，在材料和软件开发，装备等方面，还有肯定的差距。据了解，国内快速成型系统的科研团队主要包括清华高校颜永年团队、华中科技高校史玉升争辩团队、西安交通高校卢秉恒团队，及北京航空航天高校王华明团队等。北京航空航天高校北京航空航天高校材料学院王华明教授是国内激光成型技术的领军人物。王华明教授：航空材料与结构争辩部“首席科学家”，国内激光制造的学术带头人， “北航团队”领头人，在钛合金结构激光快速成型工艺、成套工艺装备及工程化的争辩方面有十多年的争辩阅历。从媒体报道及学术文章看，王教授提出“激光熔覆多元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层材料”争辩新领域，研制出迄今世界最大、拥有核心关键技

32、术的飞机大型整体钛合金主承力结构件激光快速成形工程化成套装备，制造出最大的大型整体钛合金飞机主承力结构件，并通过装机评审。我国成为目前世界上唯一把握飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成形技术并实现装机应用的国家。王教授论文主要集中在激光加工航空部件领域，争辩主要集中在工艺和材料上（目前争辩方向为“定向生长柱晶钛合金激光区域约束熔铸冶金材料制备与发动机叶片等简单零件激光直接成型新技术” 等。但由于技术的相通性，其成果也可以应用于其它大型金属结构件）。在该领域的争辩领先全球，具备产业化基础。北航与沈飞 601 所研制出全世界最大的激光成型钛合金主承力结构件：在解决激光成形过程中零件严峻“变形开裂”

33、和内部缺陷和内部组织”把握等长期制约该技术进展的重大“瓶颈难题”上,除北京航空航天高校取得了可喜突破外,国内外 迄今始终未能取得实质性进展,致使目前大型金属构件激光快速成形技术争辩在国际上落入“低潮”,国际上大部分从事激光快速成形技术争辩的单位大多转向零件“激光修复”领域。南风股份2012 年 8 月 25 日，南风股份公告打算投资“重型金属构件电熔精密成型技术产业化项目”。 据披露，这种技术广义的说法就是国际上流行的 3D 打印技术， 以金属粉末、丝材为原料，通过高能束熔化沉积“直接生长”，从 CAD 模型完成高性能重大型金属构件成型。项目总投资为 1.7 亿元，内容包括重型金属构件电熔精密

34、成型技术的研发、工程扮装备的研制以及产业化的实施，应用前景在核电、火电、水电、冶金、化工、船舶等行业高端重型装备制造等领域。所需资金由控股 51%的子公司南方风机争辩所自筹。而南方风机争辩所的二股东、持股 31% 的王华明可谓该 3D 打印领域国内最权威的专家之一，王华明现任北京航空航天高校材料科学与工程学院教授、博士生导师、“北京市大型关键金属构件激光直接制造工程技术争辩中心”主任、“大型整体金属构件激光直接制造教育部工程争辩中心”主任。银邦股份银邦股份亦是同样在借力的淘金者。2012 年 8 月 15 日，银邦股份与无锡安迪利捷贸易有限公司签订框架协议，合资成立飞而康快速制造科技有限责任公

35、 司，新公司主营业务暂定为高密度、高精度粉末冶金零件、各类新材料与简单部件的研发、生产、销售。其中主营业务中有部分产品涉及激光快速成型技术，该技术是金属 3D 打印技术中的一种。将利用 3D 打印技术之一的激光快速成型技术，生产高密度、高精度粉末冶金零件以及医疗器械零部件等产品。资料显示， 银邦股份的合作伙伴无锡安迪利捷贸易有限公司的实际把握人为吴鑫华，现任英国伯明翰高校多学科争辩中心教授、先进材料设计和加工争辩室主任以及英国材料协会院士。华中科技高校1990 年，华科王运赣教授在美国参观访问时接触到了刚问世不久的快速成型机。最初，王运赣教授想从最早消灭的基于光敏树脂原料的光固化立体成型技术做

36、起。然而，液态光敏树脂材料价格太高，华中科技高校的快速制造中心，转攻以纸为原料的分层实体制造技术(LOM)。1991 年，华中科技高校(当时的华中理工高校)在时任校长、已故有名机械制造专家黄树槐的主持下，成立快速制造中心，研发基于纸材料的快速成型设备。1994 年，华中科技高校快速制造中心研制出国内第一台基于薄材纸的 LOM 样机，1995 年参与北京机床博览会时引起轰动。LOM 技术制作冲模，其成本约比传统方法节省 1/2，生产周期也大大缩短。目前，华中科技高校史玉升争辩团队正力图通过武汉滨湖机电技术产业有限公司使争辩成果商业化，滨湖机电的股东中就有资本市场声名显赫的深圳创新投资集团。在经过

37、近 20 年的研发，国内的 3D 打印设备也在不断取得突破，华中科技高校材料学院副院长史玉升教授的争辩团队开发的 1.2 米1.2 米的“立体打印机”（基于粉末床的激光烧结快速制造装备），是目前世界上最大成形空间的快速制造装备，远远超过国外同类装备水平，并因此获得 2011 年国家技术创造二等奖。据了解，从 1991 年开头，华中科技高校争辩团队开头快速制造技术研发工作，2002 年开发出工作面为 05 米05 米的装备，超过了当时代表国际最先进水平的美国 3D 系统公司；2005 年研制出了工作面达 1 米1 米的装备，远远超过国外同类装备。随后，史玉升争辩团队在“大工作面粉床预热温度场均匀

38、把握装置及方法”和“高强度大型激光烧结制件的粉末材料制备及成形工艺”等影响大型简单制件整体成形的关键技术方面取得了突破，研制成功工业级的 12 米12 米快速制造装备，这是世界上最大成形空间的此类装备，超过德国 EOS 公司最大成形空间 073 米038 米和美国 3D 系统公司 055 米055 米的同类产品，使我国在快速制造领域达到世界领先水平。这项技术与装备的研发解决了新产品开发周期长、成本高、市场响应慢、柔性化差等问题，尤其适合动力装备、航空航天、汽车等高端产品上关键零部件的制造。如空心涡轮叶片、涡轮盘、发动机排气管、发动机缸体和缸盖，企业一旦拥有此技术，其产品更新换代力量明显改善，竞

39、争力可以显著提高。史玉升教授争辩团队的重要骨干黄智告知记者，广西玉柴机器股份有限公司运用该技术生产六缸发动机缸盖，一个星期内可以整体成形出四气门六缸发动机缸盖砂芯。而接受传统的砂型铸造试制方法， 仅工装模具的设计制造周期通常需要 5 个月左右。据悉，已有 200 多家国内外用户购买和使用这项技术及装备，为我国关键行业核心产品的快速自主开发供应了有力手段。我国一些铸造企业应用该技术后， 将简单铸件的交货期由传统的 3 个月左右缩短到 10 天左右，我国发动机制造商将大型六缸柴油发动机的缸盖砂芯研制周期由传统方法的 5 个月左右缩短至一周左右。2010 年该技术被欧洲空客公司（Airbus）等单位

40、选中，联合担当了欧盟框架七项目，用于帮助航空航天大型钛合金整体结构件的快速制造。华中科技高校材料学院副院长、快速制造中心主任史玉升教授表示，开发大成形空间的激光快速制造技术与装备是国际先进制造领域的一个竞争方向，也是打算快速制造技术走向工业化应用的难点之一。这种基于粉末床的激光烧结“立体打印”技术，获得了 2011 年国家技术创造二等奖，1.2 米1.2 米工作面的世界最大“立体打印机”入选两院院士评比的 2011 年十大科技进展。快速制造中心引进机械、信息、光学、计算机、自动把握、力学、新型材料等领域的人才，开展交叉学科争辩。20 年来，快速制造中心已从最早的不到 10 人，进展到 100

41、多人，成为目前华中科技高校最大的研发团队之一，人员构成涉及多个学科。近来，快速制造中心主攻生物制造的博士生张升格外劳碌。多家医院期望与他开放合作，利用相关技术来制作牙齿。这不但可以降低传统造牙的成本，还可以一对一地订制假牙齿。浙江某饰品公司的负责人也专程前往该中心， 期望能得到技术支持。上海交大上海交大（上海交通高校机械与动力工程学院）3D 打印试验室，打印材料是 PSB 塑料、液态光敏树脂，打印头骨模型。上海交通高校机械与动力工程学院、数字医学教育部工程争辩中心副主任王成焘教授、袁建兵。王成焘认为，自己在骨科的研发已基本成熟，如今，他们方案开拓新的领域：组织、器官。国外的一些科研团队、IT

42、企业已成功实现了器官在计算机的三维重建、手术设计等。要 3D 打印组织、器官，软件的开发是基础工程。天津高校担当为宇航员量身打造“赋型缓冲减振坐垫”任务的天津高校快速成型中心。首位女航天员与另外两位男航天员的座垫由天津高校快速成型中心担当研制。西安交大1992 年，西安交大卢秉恒教授（国内3D 打印业的先驱人物之一）赴美做高级访问学者，发觉了快速成形技术在汽车制造业中的应用，回国后随即转向争辩这一领域，1994 年成立先进制造技术争辩所。1995 年 9 月 18 日，卢秉恒教授（现为中科院院士）的样机在国家科委论证会上获得很高的评价，并争取到 “九五” 国家重点科技攻关项目 250 万元的资

43、助。1997 年，卢秉恒团队卖出了国内第一台光固化快速成型机。湖南华曙高科技有限责任公司（许小曙）一台国产选择性激光尼龙烧结设备在湖南长沙下线并首次出口美国，标志着我国在这项尖端装备制造领域取得了重大技术突破。在湖南长沙高新技术产业开发区湖南华曙高科技有限责任公司（下称华曙高科）的生产车间，工程院院士、科学技术协会副主席黄伯云一行见证了选择性激光尼龙烧结设备的运行状况，专家们对激光烧结作用下白色“PA”尼龙粉末渐渐分散成工业零部件的过程赞美不已。据华曙高科的技术人员介绍，这种被俗称为“激光 3D 打印机”的装备只要通过电脑输入设计产品的 3D 数据，就能运用激光添加层烧结技术，“打印” 出设计

44、者想要得到的任何简单外形的零部件。与模具制造等传统工艺相比， “激光 3D 打印机”制造的同类产品可实现重量减轻 65%、节省材料 90%。目前，全世界只有极少数国家能制造这种设备。2012 年 10 月 28 日，科交会主场增量制造产业高端论坛暨激光烧结装备发布会上，湖南华曙高科有限责任公司呈现了其自主研发的国内首台高性能3D 激光烧结机。会上，华曙高科与全球知名激光烧结粉末材料销售商美国3D 林克公司就激光烧结材料应用开发项目签订合作协议，拟利用国产高分子材料母材及加工设备条件，在粉末材料配方、粉末粒径优化方法、新型热处理工艺以及粉末材料成型工艺等方面实行自主创新技术，开发高性能激光烧结粉

45、末材料，并应用到国内外各领域产品的激光烧结制造中。结语我国的 3D 打印起步并不晚，像彦永年、王华明、王运赣、史玉升、卢秉恒等教授都是早期就加入争辩的先驱。总体而言，我国在核心技术有先进的一面， 但在产业化方面，进展还稍显滞后。经过 20 多年的进展，这个产业，美国、以色列、德国领跑全球，跟随其后。在我国，北京、江苏、湖北、深圳、西安基础不错，处于国内前列。目前， 我国有 40 多家 3D 打印企业，如北京隆源、深圳普力得科技、武汉滨湖机电、长沙华曙高科、南京紫金立德、宝岩自动化、西安铂力特等等。拿出产品的有近 10 家，其中，产量过百台的仅 4 家，而拥有核心技术的，那就更少了。据深圳普力得

46、科技资深工程师张维忠先生介绍，我国的 3D 打印产业，整风光临核心环节对外依靠，耗材技术滞后等重大制约问题。硬件方面，自动化把握系统方面与 国外相比还有较大的差距，运行稳定性有待提高。软件方面，与国外亦有很大差 距。3D 打印“打印”是表象，核心在软件。软件之于 3D 打印机，好比大脑之于人。缺了软件，设计师灵感再多，变不成模型，打不出实物。作为3D 打印支撑技术的软件系统，现为美国、以色列几家大公司把握，国内近乎空白。市场方面，3D 打印需求九成在欧美，全球行业集中度极高，欧美两家龙头企业已占七成份额。过度依靠外需，内需启动缓慢，使国产 3D 打印产业生存现状不容乐观。从核心技术、应用材料到

47、市场渠道，我国 3D 产业链与国外差距还很大。总体来说，抱负很丰满，现实很骨感。理论上讲，能够设计或想象出来的东西，全部能打印出来。信任在将来，3D 打印的确能转变几乎整个制造业。但现在，3D 打印技术及其产业还很不成熟，任然处于“拓荒阶段”， 替代不了传统制造业。深圳普力得科技有限公司总务部经理区宝明女士认为，目前3D 打印技术具有制造物体周期需求短、适应单件共性化需求、在大型薄壁件、蜂窝状简单结构部件、钛合金等难加工、易热成形零件制造方面具有较大优势。但也只是对传统工艺的补充，是“锦上添花”的技术。目前，3D 打印技术存在着制造成本高，制造效率低，制造精度尚不能令人满足，工艺与装备研发不充

48、分，尚未进入大规模工业应用等方面的问题。因此，不能把3D 打印万能化，更革不了传统制造业的命。什么“打印飞机”、“打印汽车”，都不靠谱，只是打个模型。现今的 3D 打印技术还不能打印超过 1000 个零部件的东西，打印材料昂贵而且有限，打印尺寸也受限制，打印出的东西，在机械强度、电气属性等临时都无法与传统制造业相抗衡。现今，3D 打印技术只有跟传统制造业改造与提升相结合，才有更大生存空间。五、3D 打印的主流技术1、熔融沉积快速成型（Fused Deposition Modeling,FDM）熔融沉积又叫熔丝沉积，它是将丝状热熔性材料加热溶化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔材料溶化后

49、从喷嘴喷出，沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于固化温度后开头固化，通过材料的层层积累形成最终成品。大致结构如下图所示：FDM 结构示意图（来源于网络）在 3D 打印技术中，FDM 的机械结构最简洁，设计也最简洁，制造成本、维护成本和材料成本也最低，因此也是在家用的桌面级3D 打印机中使用得最多的技术，而工业级 FDM 机器，主要以 Stratasys 公司产品为代表。Stratasys 工业级 3D 打印机FDM 技术的桌面级 3D 打印机主要以 ABS 和 PLA 为材料，ABS 强度较高， 但是有毒性，制作时臭味严峻，必需拥有良好通风环境，此外热收缩性较大，影响成品精度；PL

50、A 是一种生物可分解塑料，无毒性，环保，制作时几乎无味， 成品形变也较小，所以目前国外主流桌面级 3D 打印机均以转为使用 PLA 作为材料。FDM 技术的优势在于制造简洁，成本低廉，但是桌面级的 FDM 打印机，由于出料结构简洁，难以精确把握出料形态与成型效果，同时温度对于 FDM 成型效果影响格外大，而桌面级 FDM 3D 打印机通常都缺乏恒温设备，因此基于 FDM 的桌面级 3D 打印机的成品精度通常为 0.3mm-0.2mm，少数高端机型能够支持0.1mm 层厚，但是受温度影响格外大，成品效果照旧不够稳定。此外，大部分FDM 机型制作的产品边缘都有分层沉积产生的“台阶效应”，较难达到所

51、见即所得的 3D 打印效果，所以在对精度要求较高的快速成型领域较少接受 FDM。2、光固化成型（Stereolithigraphy Apparatus,SLA）光固化技术是最早进展起来的快速成型技术，也是目前争辩最深化、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。光固化技术，主要使用光敏树脂为材料， 通过紫外光或者其他光源照射凝固成型，逐层固化，最终得到完整的产品。大致结构如下图所示：光固化原理图光固化技术优势在于成型速度快、原型精度高，格外适合制作精度要求高， 结构简单的原型。使用光固化技术的工业级 3D 打印机，最有名的是objet，该制造商的 3D 打印机供应超过 123 种感光材料，是目

52、前支持材料最多的 3D 打印设备。Objet 材料分类光固化快速成型应当是目前 3D 打印技术中精度最高，表面也最光滑的，objet系列最低材料层厚可以达到 16 微米（0.016 毫米）。但是光固化快速成型技术也有两个不足，首先光敏树脂原料有肯定毒性，操作人员使用时需要留意防护，其次光固化成型的原型在外观方面格外好，但是强度方面尚不能与真正的制成品相比，一般主要用于原型设计验证方面，然后通过一系列后续处理工序将快速原型转化为工业级产品。此外， SLA 技术的设备成本、维护成本和材料成本都远远高于 FDM，因此，目前基于光固化技术的 3D 打印机主要应用在专业领域，桌面领域目前已有两个桌面级别

53、 SLA 技术 3D 打印机项目启动，一个是 Form1，一个是 B9，信任不久的将来会有更多低成本的 SLA 桌面 3D 打印机面世。3、三维粉末粘接（Three Dimensional Printing and Gluing,3DP）3DP 技术由美国麻省理工高校开发成功，原料使用粉末材料，如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末等，3DP 技术工作原理是，先铺一层粉末，然后使用喷嘴将粘合剂喷在需要成型的区域，让材料粉末粘接，形成零件截面，然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程，层层叠加，获得最终打印出来的零件。大致结构如下图所示：3DP 技术的优势在于成型速度快、无需支撑结构，而且能够输出彩色打印产品

54、，这是目前其他技术都比较难以实现的。3DP 技术的典型设备，是 3DS 旗下 zcorp 的 zprinter 系列，也是3D 照相馆使用的设备，zprinter 的 z650 打印出来的产品最大可以输出 39 万色，颜色方面格外丰富，也是在颜色外观方面，打印产品最接近于成品的 3D 打印技术。但是 3DP 技术也有不足，首先粉末粘接的直接成品强度并不高，只能作为测试原型，其次由于粉末粘接的工作原理，成品表面不如 SLA 光滑，精细度也有劣势，所以一般为了产生拥有足够强度的产品，还需要一系列的后续处理工序。此外，由于制造相关材料粉末的技术比较简单，成本较高，所以目前 3DP 技术主要应用在专业

55、领域，桌面级别目前仅有一个 PWDR 项目在启动，但仍旧处于0.1 状态，尚需观看后续进展。3、选择性激光烧结（Selecting Laser Sintering,SLS）该工艺由美国德克萨斯高校提出，于 1992 年开发了商业成型机。SLS 利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，由计算机把握层层堆结成型。SLS 技术同样是使用层叠积累成型，所不同的是，它首先铺一层粉末材料，将材料预热到接近熔化点，再使用激光在该层截面上扫描，使粉末温度升至熔化点，然后烧结形成粘接，接着不断重复铺粉、烧结的过程，直至完成整个模型成型。大致结构如下：激光烧结技术可以使用格外多的粉末材料，并制成相应材质的成品，激光烧

56、结的成品精度好、强度高，但是最主要的优势还是在于金属成品的制作。激光烧结可以直接烧结金属零件，也可以间接烧结金属零件，最终成品的强度远远优于其他 3D 打印技术。SLS 家族最知名的是德国 EOS 的 M 系列，成品效果图：激光烧结技术虽然优势格外明显，但是也同样存在缺陷，首先粉末烧结的表面粗糙，需要后期处理，其次使用大功率激光器，除了本身的设备成本，还需要很多帮助爱护工艺，整体技术难度较大，制造和维护成本格外高，一般用户无法承受，所以目前应用范围主要集中在高端制造领域，而目前尚未有桌面级 SLS 3D 打印机开发的消息，要进入一般民用领域，可能还需要一段时间。六、3D 打印的应用领域到目前为

57、止，各类 3D 打印机设备上所使用的材料种类有很多，树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶瓷的粉末。从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学争辩、文化艺术、建筑工程等等都渐渐的使用3D 打印机技术，使得 3D 打印机技术有着宽敞的前景。3D 打印技术已在工业造型、产品设计（实物模型/ 样件）、机械制造、模具制造、航空航天(风洞用实体模型)、军事、建筑设计、影视、家电(开发新产品)、轻工、医学(人体器官模型、骨骼)、艺术创作、考古/文物复制、数字雕刻、首饰等领域都得到了较为广泛的应用。3D 打印机的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。以色列的 Objet 公司认为，3D 打印机

58、需求量较大的行业包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业。医疗行业。一位 83 岁的老人由于患有慢性的骨头感染，因此换上了由 3D 打印机“打印”出来的下颚骨，这是世界上首位使用 3D 打印产品做人体骨骼的案例。科学争辩。美国德雷塞尔高校的争辩人员通过对化石进行 3D 扫描，利用 3D打印技术做出了适合争辩的 3D 模型，不但保留了原化石全部的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合争辩。产品原型。比如微软的 3D 模型打印车间，在产品设计出来之后，通过 3D 打印机打印出来模型，能够让设计制造部门更好的改良产品，打造出更精彩的产品。文物爱护。博物馆里经常会用很多简单的替代品来爱护

59、原始作品不受环境或意外大事的损害，同时复制品也能将艺术或文物的影响更多更远的人。史密森尼博物馆就由于原始的托马斯 杰弗逊要放在弗吉尼亚州展览，所以博物馆用了一个巨大的 3D 打印替代品放在了原来雕塑的位置。建筑设计。在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D 打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精致。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。制造业。制造业也需要很多 3D 打印产品，由于 3D 打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。而 3D 打印技术本身格外适合大规模生产， 所以制造业利用 3D 技术能带来很多好处，甚至连质量把握都不再是个问题。食品产

60、业。没错，就是“打印”食品。争辩人员已经开头尝试打印巧克力了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用食品 3D 打印机“打印”出来的。当然，到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。汽车制造业。不是说你的车是3D 打印机打印出来的（当然或许有一天这也有可能），而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用 3D 打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。配件、饰品。这是最宽敞的一个市场。在将来不管是你的共性笔筒，还是有你半身浮雕的手机外壳，抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指，都有可能是通过 3D 打印机打印出来的。甚至不用等到将来，就可以实现。七、3D 打印的进展瓶颈3