3D 打印技术发展现状

3D 打印技术近年来发展迅速，多种打印技术不断涌现并逐渐成熟。目前常用的打印技术包括立体光刻（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积成型（FDM）、数字光处理（DLP）等。这些技术各有特点，SLA 擅长生产具有高度细节、光滑表面光洁度和严格公差的零件，广泛应用于医疗行业；SLS 将基于尼龙的粉末熔化成固体塑料，零件更坚固，适用于功能测试；FDM 相对经济实惠且操作维护容易，可选用多种材料；DLP 类似于 SLA，但使用数字光投影仪屏幕，提高了构建速度，适用于塑料零件的小批量生产。同时，3D 打印涉及的工艺种类繁多，从打印材料来说，主要分为面向金属和非金属材料的激光粉末床熔合（LPBF）、粘结剂喷射、激光定向能量沉积（L-DED）以及电弧增材制造（WAAM）等，面向聚合物的技术如光固化技术、数字光处理、熔融沉积成型、选择性激光烧结等。经过多年发展，中国的不少相关技术已经不比国外差，如激光粉末床烧结和熔融等，但在工艺技术方面与国外先进企业仍有差距，一些国外研究机构与科技企业仍在引领技术潮流。

3D 打印的应用领域

3D 打印技术的应用领域十分广泛。在工业设计领域，可快速制造复杂零部件和模型，缩短产品开发周期和成本，制造传统工艺难以实现的复杂结构，为产品设计提供更多可能性。在医疗领域，被广泛应用于制造假肢、牙齿、骨骼等医疗器械，还可用于制造人体组织和器官模型，为医生提供手术参考。在教育领域，帮助学生更好地理解抽象概念和空间结构，可用于制作教学模型和教具。在汽车领域，可用于快速原型制作、工具、工装夹具、生产零件等，通过 3D 打印技术快速打印各种工具、夹具、治具和可用零件的原型，更方便企业的测试与生产，对于部分小批量定制工具的制作，可大大节省企业成本。在建筑行业，可用于建筑模型的快速建造和个性化设计，减少浪费和节省时间成本，并提高建筑物的安全性和可持续性。在文化艺术领域，可用于制造艺术品、珠宝、复刻古物等，实现更加精准和保护性的文化艺术传承。在生物医疗领域，可打印出适合生物体内功能的构件和部件，如心脏瓣、血管支架等，为生物提供更精确的解剖结构。此外，3D 打印技术还在航空航天、零部件打印等领域发挥着重要作用。

3D 打印市场规模预测

3D 打印市场规模预计将持续增长。根据中研普华研究院撰写的《2024 - 2029 年中国 3D 打印行业市场竞争分析与发展前景预测报告》显示，3D 打印技术已经在多个领域得到广泛应用，3D 打印行业前景广阔。2024 年全球 3D 打印行业市场规模预计将达 248 亿美元，计算机仿真市场具有广阔的市场前景和巨大的发展潜力，随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，市场规模将继续保持稳定的增长趋势。2023 年 3D 打印市场规模为 221.4 亿美元，比 2022 年增长了 26.8%，远超预期。根据复合年增长率为 21% 计算，预计 2024 年市场规模将达到 248 亿美元，到 2028 年底将达到 571 亿美元。

3D 打印技术选择原因

企业选择 3D 打印技术有诸多原因。价格方面，目前 3D 打印主要用于制作样件，无需模具等生产工具，浪费材料少，具有明显成本优势，当生产数量小于某个数值时，用于小批量生产也具有成本优势。速度方面，3D 打印样件往往只需几个小时，大型样件也只需几天，明显快于传统开模具制作样件的几个星期。种类方面，3D 打印已有多种工艺，如 FDM、SLA、SLS、SLM、DED、粘合剂喷射、冷喷射等，使用材料也越来越多，包括多种塑料、金属、陶瓷等，甚至玻璃、木材等之前无法打印的材料也逐渐被攻克。成型方面，3D 打印的成型能力非常好，能构建出其它工艺无法实现的复杂几何结构，充分支持生成式设计和拓扑优化的结果，在保持同强度甚至提升强度的前提下实现轻量化。质量方面，3D 打印一直以来可以提供不错的精度且公差很小，优质材料可提供良好的机械性能，虽表面有层纹，但可通过后处理解决。此外，增材制造最大的优点之一是能够快速且经济地进行一次性或小规模 3D 打印生产，各领域的设计工程师可利用 3D 打印技术对设计方案进行快速原型，迭代周期从数月缩短到几天。

3D 打印从原型到生产应用

3D 打印最开始应用在原型设计领域，能够快速呈现设计构思，并及时反馈结果，大大缩短研发周期。随着技术发展，3D 打印开始制造最终部件或产品，应用于航空航天、医疗、汽车等领域。从产品种类来看，可大致分为最终产品的零部件和生产领域的辅助性工具两类。生产阶段是 3D 打印的最大市场所在，相对于传统制造方式，3D 打印能突破传统制造方式的技术限制，生产几何形状高度复杂、重量超轻且性能稳定的零件。做大 “蛋糕” 而非恶性竞争，正成为 3D 打印行业从业者的共识。近期，多家 3D 打印设备制造商在连续打印、制造链系统整合、质量控制等领域已经实现了实际应用，这意味着 3D 打印离 “批量生产” 越来越近了。2024 年，整个行业已经逐渐从原型制造领域拓展到批量生产领域，并且在航空航天、汽车、医疗、教育等领域得到了广泛应用。未来，随着技术的不断成熟和成本的降低，3D 打印将在更多领域得到应用。

3D 打印常用技术

常见的 3D 打印技术有很多种。熔融沉积成型（FDM）是最常见的技术之一，通过将可塑性材料加热并挤出，在底板上一层一层地堆积成所需的形状，不仅快速且容易使用，还可用于打印复杂的 3D 模型，使用的原材料主要有聚丙烯、ABS 和铸造石蜡等。光固化成型（SLA）是一种基于液态光敏聚合物的技术，使用激光束将光敏聚合物材料硬化成所需形状，通常用于制造高精度的模型和产品。选择性激光烧结（SLS）是一种使用粉末材料的技术，使用激光将粉末烧结在构建台上，以形成 3D 模型，可制造复杂且坚固的部件，特别适用于原型制作和直接制造。电子束熔化（EBM）是一种使用电子束材料成形的技术，使用高能电子束熔化金属粉末，逐层构建出金属部件，通常用于制造金属零件，特别适用于航空航天、汽车和医疗等领域。三维打印（3DP）技术是一种基于石膏粉末的技术，通过在石膏粉末上打印水性粘合剂，将材料进行粘合，并利用墨水喷头在所需的区域上进行染色，可制造出高度精细的模型，并且成本非常低。此外，还有数字光处理（DLP）、投影微型立体成形（PμSL）、层压制造（LOM）等多种技术。

3D 打印领域在当前呈现出蓬勃发展的态势。技术不断进步，多种打印技术日益成熟且各有优势，应用领域持续拓展，从工业设计到医疗、教育、汽车、建筑等多个领域都发挥着重要作用。人工智能与 3D 打印的集成进一步提升了技术的效能和质量控制能力。市场规模也在不断扩大，未来增长潜力巨大。企业选择 3D 打印技术有着多方面的合理原因，而 3D 打印也正从原型设计逐渐迈向批量生产。常见的打印技术丰富多样，为不同需求的用户提供了多种选择。可以预见，3D 打印领域将在未来继续引领制造业的变革，为各个行业带来更多创新和发展机遇。