3D打印

材料的限制

雖然高端工業(yè)印刷可以實(shí)現(xiàn)塑料、某些金屬或者陶瓷打印， 但無(wú) 法實(shí)現(xiàn)打印的材料都是比較昂貴和稀缺的。另外，打印機(jī)也還沒(méi)有達(dá)到成熟的水平，無(wú)法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。

研究者們?cè)诙嗖牧洗蛴∩弦呀?jīng)取得了一定的進(jìn)展，但除非這些進(jìn)展達(dá)到成熟并有效，否則材料依然會(huì)是3D打印的一大障礙。

機(jī)器的限制

3D打印技術(shù)在重建物體的幾何形狀和機(jī)能上已經(jīng)獲得了一定的水平，幾乎任何靜態(tài)的形狀都可以被打印出來(lái)，但是那些運(yùn)動(dòng)的物體和它們的清晰度就難 以實(shí)現(xiàn)了。這個(gè)困難對(duì)于制造商來(lái)說(shuō)也許是可以解決的，但是3D打印技術(shù)想要進(jìn)入普通家庭，每個(gè)人都能隨意打印想要的東西，那么機(jī)器的限制就必須得到解決才行。

知識(shí)產(chǎn)權(quán)的憂慮

在過(guò)去的幾十年里，音樂(lè)、電影和電視產(chǎn)業(yè)中對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)注變得越來(lái)越多。3D打印技術(shù)也會(huì)涉及到這一問(wèn)題，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中的很多東西都會(huì)得到更 加廣泛的傳播。人們可以隨意復(fù)制任何東西，并且數(shù)量不限。如何制定3D打印的法律法規(guī)用來(lái)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，也是我們面臨的問(wèn)題之一，否則就會(huì)出現(xiàn)泛濫的現(xiàn)象。

道德的挑戰(zhàn)

道德是底線。什么樣的東西會(huì)違反道德規(guī)律是很難界定的，如果有人打印出生物器官和活體組織，在不久的將來(lái)會(huì)遇到極大的道德挑戰(zhàn)。

花費(fèi)的承擔(dān)

3D打印技術(shù)需要承擔(dān)的花費(fèi)是高昂的。第一臺(tái)3D打印機(jī)的售價(jià)為1萬(wàn)5。如果想要普及到大眾，降價(jià)是必須的，但又會(huì)與成本形成沖突。

每一種新技術(shù)誕生初期都會(huì)面臨著這些類似的障礙，但相信找到合理的解決方案3D打印技術(shù)的發(fā)展將會(huì)更加迅速，就如同任何渲染軟件一樣，不斷地更新才能達(dá)到最終的完善。

3D打印技術(shù)是無(wú)法應(yīng)用于大量生產(chǎn)，所以有些專家鼓吹3D打印是第三次工業(yè)革命，這個(gè)說(shuō)法只是個(gè)噱頭。富士康為蘋(píng)果代工生產(chǎn)iPhone已經(jīng)多年。郭臺(tái)銘以3D打印制造的手機(jī)為例，說(shuō)明3D打印的產(chǎn)品只能看不能用，因?yàn)檫@些產(chǎn)品上不能加上電子元器件，無(wú)法為電子產(chǎn)品量產(chǎn)。3D打印即使不生產(chǎn)電子產(chǎn)品，但受材料的限制，可以生產(chǎn)的其他產(chǎn)品也很少，“即使生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，也無(wú)法量產(chǎn)，而且一摔就碎。

“3D打印的確更適合一些小規(guī)模制造，尤其是高端的定制化產(chǎn)品，比如汽車零部件制造。雖然主要材料還是塑料，但未來(lái)金屬材料肯定會(huì)被運(yùn)用到3D打印中來(lái)，”克倫普說(shuō)，3D打印技術(shù)先后進(jìn)入了牙醫(yī)、珠寶、醫(yī)療行業(yè)，未來(lái)可應(yīng)用的范圍會(huì)越來(lái)越廣。2014年11月末，3D打印技術(shù)被《時(shí)代》周刊為2014年25項(xiàng)年度最佳發(fā)明。對(duì)消費(fèi)者和企業(yè)而言，這是個(gè)福音。僅在過(guò)去一年中，中學(xué)生們3D打印了用于物理課實(shí)驗(yàn)的火車車廂，科學(xué)家們3D打印了人類器官組織，通用電氣公司則使用3D打印技術(shù)改進(jìn)了其噴氣引擎的效率。美國(guó)三維系統(tǒng)公司的3D打印機(jī)能打印糖果和樂(lè)器等，該公司首席執(zhí)行官阿維·賴興塔爾說(shuō):“這的確是一種巧奪天工的技術(shù)?！?/p>

日常生活中使用的普通打印機(jī)可以打印電腦設(shè)計(jì)的平面物品，而所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過(guò)電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。通俗地說(shuō)，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實(shí)的3D物體的一種設(shè)備，比如打印一個(gè)機(jī)器人、打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機(jī)”是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^(guò)程與噴墨打印十分相似。這項(xiàng)打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。

3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、聚乳酸、ABS樹(shù)脂、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。

三維打印的設(shè)計(jì)過(guò)程是：先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。

設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來(lái)近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過(guò)掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。

打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來(lái)，再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機(jī)打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來(lái)計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如ObjetConnex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來(lái)的“墨水滴”的直徑通常為50到100個(gè)微米。 用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。

傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開(kāi)發(fā)小組制造模型的需要。

三維打印機(jī)的分辨率對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會(huì)比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過(guò)如下方法：先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過(guò)表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技術(shù)可以同時(shí)使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過(guò)程中還會(huì)用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。

標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的制定機(jī)構(gòu)

當(dāng)一間實(shí)驗(yàn)室作出了圖紙，需要拿出來(lái)共享時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)有太多的格式和標(biāo)準(zhǔn)了，因此，3D 打印原型機(jī)這個(gè)領(lǐng)域看起來(lái)像是野蠻生長(zhǎng)，毫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。

開(kāi)源的設(shè)計(jì)、配置和軟件

當(dāng)有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)后，3D 打印行業(yè)將會(huì)迎來(lái)開(kāi)源?，F(xiàn)在，太多的團(tuán)隊(duì)注重提高自己的3D 打印水平，在自我的閉環(huán)中發(fā)展。實(shí)際上，行業(yè)需要設(shè)備和軟件的開(kāi)源，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下產(chǎn)生更多有用、高效、開(kāi)放的創(chuàng)新。

原型機(jī)實(shí)驗(yàn)室

原型機(jī)打印并不受到重視，所以現(xiàn)在很多醫(yī)療器械商都是在一個(gè)臟亂、布滿灰塵的地方放置打印設(shè)備。其實(shí)，現(xiàn)在已經(jīng)有商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的3D 打印實(shí)驗(yàn)室，來(lái)幫助這些企業(yè)打印出質(zhì)量更高的原型機(jī)。

2015年8月23日，中共中央政治局常委、國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)主持國(guó)務(wù)院專題講座，討論加快發(fā)展先進(jìn)制造與3D打印等問(wèn)題。

2015年2月國(guó)家發(fā)展和改革委聯(lián)合工信部發(fā)布的《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》提出，到2016年，初步建立較為完善的增材制造產(chǎn)業(yè)體系，整體技術(shù)水平保持與國(guó)際同步，在航空航天等直接制造領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在國(guó)際市場(chǎng)上占有較大的市場(chǎng)份額。增材制造產(chǎn)業(yè)銷售收入實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)速度30%以上。進(jìn)一步夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，形成2-3家具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的增材制造企業(yè)。建立5-6家增材制造技術(shù)創(chuàng)新中心，完善扶持政策，形成較為完善的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。