3D打印技术，又称增材制造技术，以前称快速成型【快速成形】技术，出现在上世纪80年代中后期。世界上（包括国内）的第一次研究开发热度期，在上世纪80年代中后期至2003年左右。2003年至2012年出现了研究开发的低谷，其原因是多方面的。自从2012年开始，该技术的研究开发及应用又有了新的转机，其原因众所周知，因此，自2012年以来，3D打印技术出现了新一轮的研究开发热度期，并且，其热度远远大于第一次的热度。
　　在这次热度中，3D打印技术的研究与应用如火如荼，对3D打印技术的宣传几乎做到了妇孺皆知。那么在这新一轮的3D打印热潮中，我觉得应该冷静思考一些问题，使国人充分了解3D打印技术的实质及存在的本质问题，从而做到客观、公正、冷静、充分地了解3D打印技术。
　　下面我谈谈四个方面的问题，以共飨读者。
　　（1）3D打印技术的关键技术及瓶颈
　　（2）3D打印技术的发展方向及趋势
　　（3）3D打印技术的真实市场定位
　　（4）3D打印技术与传统制造技术的关系
　　1 3D打印技术的关键技术及瓶颈
　　1.1 3D打印技术的关键技术
　　3D打印技术的关键技术需要依托多个学科领域的尖端技术，主要包括以下方面：
　　（1）材料科学。即用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化等，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的精度（如尺寸精度、形状精度和表面粗糙度等）、物理性能和化学性质。3D打印完成后零件的性能是由其材料的微观组织和结构决定的，因此，材料是3D打印技术的关键与核心。
　　（2）信息技术。即要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向；为三维打印设备提供一切所需的打印处理数据，如彩色信息、分层截面信息等，并具有一定的处理速度和精度。
　　（3）精密机械及元器件。3D打印技术以“每层的叠加”为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求；另外，对组成三维打印设备的关键零部件和元器件的精度、速度、使用寿命和可靠性提出了更高的要求。
　　客观地说，目前3D打印技术尚不成熟，作为一项多学科交叉的高新技术，还需要在各个相关领域投入较大的研发力量，才能掌握完整的核心技术。
　　1.2 3D打印机的发展瓶颈
　　（1）价格因素
　　大多数桌面级3D打印机的售价在1万元人民币左右，近来，一些国内的桌面级3D打印机的售价可以低到3000多元。对于桌面级3D打印机来说，由于仅能打印塑料产品，因此，其使用范围非常有限，而且对于家庭用户来说，3D打印机的使用成本仍然很高，因为在打印一个物品之前，人们必须会懂得3D建模，然后将数据转换成3D打印机能够读取的格式，最后再进行打印。
　　对于工业级的3D打印机，其售价还是偏高，并且打印出来的零件，其精度、物理性能和化学性能等方面与真实功能零件还是具有一定的差距。
　　（2）原材料
　　3D打印不是一项高深艰难的技术，它与普通打印的区别就在于打印材料。
　　以色列的Object是掌握最多打印材料的公司，它已经可以使用10多种基本材料，并在此基础上混搭出100多种材料。但是，这些材料的种类与人们生活的大千世界里的材料相比，还相差甚远。不仅如此，这些材料的价格，便宜的一公斤几百元，最贵的要四万元左右。
　　另外，对于金属3D打印和生物医疗类3D打印，目前能用的原材料的种类就更少了，并且这几种原材料的价格也是比较贵的。
　　（3）社会风险成本
　　如同核反应既能发电，又能破坏一样。3D打印技术在初期就让人们看到了一系列隐忧，而未来的发展也会令不少人担心。如果什么都能彻底复制，想到什么就能制造出什么，听上去很美的同时，也着实让人恐惧。
　　（4）3D打印存在的悖论
　　3D打印是采用一层层来制作物品，如果想把物品制作得更精细，则需要每层厚度减小；如果想提高打印速度，则需要增加层厚；而这些势必都会影响产品的精度与质量。若生产同样精度的产品，3D打印同传统的大规模工业生产相比，没有成本上的优势，尤其是考虑到时间成本和规模成本之后。
　　（5）整个行业没有标准，难以形成产业链
　　现在，3D打印机生产厂商是百花齐放，如战国时代。3D打印机缺乏标准，同一个3D模型给不同的打印机打印，所得到的结果是大不相同的。
　　此外，打印原材料也缺乏标准。目前，3D打印机厂商都想让消费者买自己提供的打印原料，这样他们能获取稳定的收入。这样做虽然可以理解，毕竟普通打印机也走这一模式，但3D打印机生产厂商所用的原料一致性太差，从形式到内容千差万别，这让材料生产厂商很难进入，研发成本和供货风险都很大，难以形成产业链。表面上，是3D打印机捆绑了3D打印材料，而事实上，却是材料捆绑了打印机，非常不利于降低成本和抵抗风险。
　　（6）意料之外的工序
　　它是指3D打印前所需的前处理工序和打印完成之后的后处理工序。
　　很多人可能以为，3D打印就是在计算机上设计一个模型，不管这个模型有多复杂的表面和结构，只要按一下按钮，3D打印机就能打印出一个实物成品，其实这个印象是不正确的。真正设计一个三维CAD模型，特别是一个复杂的模型，需要大量的工程、结构方面的知识，需要精细的技巧，并根据具体情况进行调整，譬如塑料的熔融沉积成型打印，如果在一个复杂部件内部没有设计合理的支撑结构，则打印出的零件很可能是会变形的。因此，前处理工序应包括：三维CAD模型的准备、打印成型方向的选择、成型工艺参数的确定等。
　　另外，3D打印完成之后的后处理工序通常也是避免不了的。媒体将3D打印描述成打印完毕后零件就能直接使用的神器，可事实上，打印完成后还需要一些后处理工艺，如：去除支撑、烧结、组装、切割、表面打磨、抛光、喷涂等，这些后处理工艺通常需要大量的手工工作和处理时间。
　　2 3D打印技术的发展方向及趋势
　　随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。
　　3D打印机将呈现四个方面的发展趋势：
　　（1）3D打印材料更加多样化
　　随着先进材料的不断发展，智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物材料等将成为3D打印材料。开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是能够直接打印金属功能零件的各种金属材料，是今后研究与应用的又一个热点。
　　（2）3D打印速度、效率和质量将不断提升
　　随着开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，3D打印速度和效率有望获得更大提升。随着对3D打印材料和打印工艺的深入研究，将大大提升3D打印零件的质量（包括精度、表面质量、物理力学性能和化学性能等），以实现直接面向真实产品的制造。
　　（3）3D打印机价格大幅下降
　　一些较小规模的3D打印机制造厂商已经开始推出一万美元以下的3D打印机。随着3D打印技术的不断进步及推广应用，3D打印机的价格有望大幅下降。目前，在国内，一些桌面型的3D打印机，其价格已经降到只有3000多元人民币了。而工业级的3D打印机，由于其3D打印精度高、打印尺寸比较大，故其价格仍然比较高。
　　（4）3D打印机应用领域更加广泛
　　3D打印机的体积小型化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布式生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求。软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造。
　　3D打印机诞生后，早期主要用于机械、模具、工艺品、航空航天、医疗、建筑等行业的模型制作。随着3D打印技术进一步走向成熟，3D打印机已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件，以及皮肤、骨骼等生物活体组织。积极拓展3D打印技术在生物医学、机械模具（直接打印金属功能零件）、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。有专家预计，在不久的将来，从鞋、眼镜到厨房用具、汽车等各种产品都可以用3D打印机生产出来。
　　3 3D打印技术的真实市场定位
　　3D打印诞生近三十年了，但产业化远未形成。虽然3D打印的名气很大，但到今天仍然处于科普阶段。
　　3D打印技术作为一项前沿性、先导性很强的技术，主要是满足个性化、定制化、复杂、高难度产品的需求（如图1所示），并不具有批量化、规模化的优势。目前，3D打印技术主要应用于：产品原型（样件）、模具制造以及艺术创作、珠宝制作、生物医疗模型与假体等领域。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精度。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。
　　但3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战，具体包括：
　　（1）成本方面。现有3D打印机造价仍普遍较贵，尤其是工业级的3D打印机，价格昂贵，给其进一步普及应用带来了一些困难。另外，3D打印零件的成本也较贵，不利于市场推广。
　　（2）打印材料方面。目前3D打印材料的种类有限，品种不多，供使用者选择的局限性较大，且打印出来的零件的精度、物理性能等还不能完全满足客户的要求，而且在使用安全方面也存在一定的隐患。
　　（3）精度、速度和效率方面。目前，3D打印零件的精度还不尽人意，打印效率还远不能适应大规模生产的需求，而且受3D打印工作原理的限制，打印精度与打印速度之间存在严重的冲突。
　　（4）产业环境方面。3D打印技术的普及，将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。
　　3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，其技术还有待充分成熟，主流市场也有待进一步培育。3D打印技术成熟到适应市场需求还将需要大概5～10年的时间。在这一较长的发展过程中，3D打印产业可能会面临着一些技术和市场风险。
　　总之，从中长期来看，3D打印产业具有较为广阔的发展前景，但目前产业距离成熟阶段尚有一定的距离。因此，现阶段，产业界对3D打印领域的投入应以“加强创新研发、技术引进和储备”为主，尤其要重视自主知识产权的建设和维护，争取在未来的市场竞争中占据有利地位。如果受到概念炒作的影响，在技术尚未充分完善的现阶段就大规模投入产能扩张，则投资回报将面临着一定的风险。
　　4 3D打印技术与传统制造技术的关系
　　当前这个时代，3D打印，家喻户晓，如火如荼，已无处不在，为我们开启了无限的想象力。三维打印车子、房子、工业品或许仅仅是个开始，按3D打印技术原理来讲，任何东西其实都是可以打印的。但业界也同时指出，它不会替代传统制造业。
　　作为一项基础性的制造技术，3D打印的确是一个颠覆性的技术，它具有很多传统制造业所不具有的特点和优势，但只是解决传统制造业解决不了的难题。与传统制造业批量化的特点不同，目前，3D打印技术多应用于一条生产链上某个部分，还不是生产线上全面的应用，目前还是一个小众的市场。所以，对大多数的传统制造业来说，它带来的是技术的改进和产业的提升。两者的关系是互为补充，而不是谁替代谁。
　　3D打印技术作为一个新技术的发展，不能脱离已有的技术孤立地发展，与原有技术互相补充是基本的发展理念。
　　3D打印与传统制造技术不是取代的关系，而是结合的关系。3D打印应与传统制造技术相结合，反过来，传统制造技术也要与3D打印相结合。3D打印仍是趋于成熟的新兴技术，必须与传统制造技术相结合，互相取长补短才会有光明的未来。
　　（转自：互联网。作者：华南理工大学机械与汽车工程学院 刘斌