摘要：3D打印對現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)打印提出了修正，它在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，倡導(dǎo)個(gè)性化的打印，突破傳統(tǒng)紙質(zhì)的打印，使得打印的模型更加真實(shí)和立體。本文重點(diǎn)闡釋了3D打印系統(tǒng)的興起，以及具體的方法和工藝，并對北京地區(qū)3D打印的發(fā)展做出分析。

關(guān)鍵詞：3D 打印 快速成型 北京

3D打印又稱快速原型制造，主要應(yīng)用于對立體三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品的驗(yàn)證和手板模型制作上，也可制造一些特殊性、個(gè)性化、單件精密產(chǎn)品，如：醫(yī)用人造關(guān)節(jié)。因?yàn)槿梭w差異各不相同，標(biāo)準(zhǔn)化制造的人工關(guān)節(jié)無法適合每一個(gè)人。用3D打印——快速原型制造技術(shù)，就可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化制作。

3D打印——快速原型制造在國際上起源于上個(gè)世紀(jì)70年代。90年代初形成商品化，并廣泛應(yīng)用于研發(fā)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)針對設(shè)計(jì)的效果驗(yàn)證。以其基于數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)形成的精準(zhǔn)性、快速性、真實(shí)性而頗受設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)的青睞。3D打印的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)制作模型依賴模型工依據(jù)圖紙制作每個(gè)零部件，然后組裝驗(yàn)證的復(fù)雜、漫長過程。只需將CAD圖紙輸入3D打印——快速原型制造設(shè)備中，其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就會作出分析、制定加工程序，制作出于原設(shè)計(jì)精準(zhǔn)相符的整機(jī)產(chǎn)品樣機(jī)，可讓設(shè)計(jì)人員對整機(jī)設(shè)計(jì)作全面驗(yàn)證，也可讓客戶生產(chǎn)企業(yè)真實(shí)看到、用到設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。1997年開始設(shè)計(jì)的美國波音777客機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，就采用了3D打印——快速原型制造。首架模型全部由3D打印完成。

3D打印——快速原型制造設(shè)備的誕生與興起，主要基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息化的發(fā)展與應(yīng)用。CAD制圖使設(shè)計(jì)圖低數(shù)字化。三維掃描、計(jì)算機(jī)分析等，保證了裝備間通訊的一致性，而3D打印的原理就是將設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的三維立體產(chǎn)品通過計(jì)算機(jī)程序運(yùn)算分析，將其無限細(xì)分為工作平面結(jié)果。數(shù)學(xué)原理就是微分，而后以堆積原理將不同層級的二維平面效果堆徹起來反推到了三維立體產(chǎn)品。

那么目前國際上3D打印發(fā)展的怎樣呢？都有哪些3D打印技術(shù)呢？

自上世紀(jì)70年代3D打印——快速原型制造技術(shù)興起到90年代廣泛應(yīng)用，到今天的向制造的延伸，3D打印基本有六種類型的產(chǎn)品。

1、熔絲型

以高分子塑膠材料為基材，通過加熱熔溶方式，將塑膠絲熔化，以特制噴頭根據(jù)計(jì)算機(jī)分解的工作圖分層噴涂逐步堆積，由于熔化的塑膠需要一定的固化時(shí)間，而產(chǎn)品又是各具造型。所以需要再外部增加一種快凝材料作為支撐的輔料。這種設(shè)備制作出的產(chǎn)品，受制于熱熔塑膠的分層厚度無法無限降低，因此，出來的產(chǎn)品精度偏低，適合于作一般日用工業(yè)品手板模型。1994年深圳生產(chǎn)力中心就購置了這樣一臺產(chǎn)品用于為中小企業(yè)和設(shè)計(jì)公司的公共服務(wù)。

2、激光燒結(jié)型

以無機(jī)粉末，可燒結(jié)材料為基材的。3D打印——快速原型制造設(shè)備，其原理是設(shè)備按轉(zhuǎn)化的二維圖形逐層鋪灑金屬粉、陶瓷粉等，通過激光高能高效燒結(jié)，堆砌成型。由于該類設(shè)備可對金屬等實(shí)用材料直接制成產(chǎn)品，上市銷售，如人工關(guān)節(jié)。因其可直接實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品，而備受企業(yè)的關(guān)注。

3、洛姆法（光敏樹脂）

該設(shè)備的原理是以光敏樹脂為原料，成型在保護(hù)液中，逐級提升至空氣中，而受光照射而固化成型，是各種方法之中，成型精度高，是高精度塑膠模型制作的最優(yōu)方式。因?yàn)橐簯B(tài)成形是無級差變化。正適合3D打印的無線細(xì)分，二維平面堆積制作要求。

4、紙材料堆積法

以紙作為基礎(chǔ)材料，根據(jù)計(jì)算機(jī)將三維產(chǎn)品分解后的二維平面圖紙要求，鋪一層紙使用激光刻刀，雕刻出平面圖形，噴一層膠粘附新的一層紙，再按圖雕刻。不斷地堆積和粘貼，成型一件產(chǎn)品。由于強(qiáng)度低，精度差，一般該方法應(yīng)用于設(shè)計(jì)師的原創(chuàng)創(chuàng)意設(shè)計(jì)的驗(yàn)證之用，不適合做產(chǎn)品。

5、蠟熔法

以蠟為基礎(chǔ)材料。類似樹脂熔溶法。用加熱噴頭將蠟熔化。均勻按二維圖噴灑，堆積成形。該方法的優(yōu)勢可重復(fù)使用。但精度略低，設(shè)備價(jià)格低。一般用于學(xué)校的學(xué)生實(shí)踐。同時(shí)，可以制作蠟?zāi)＞T的蠟胎。

6、3D彩打

這是真正從快速原型制造發(fā)展而來的。類似二維打印機(jī)原理的三維打印法，材料是樹脂，膠水是彩色的。使堆積打印出來的三維立體成品。不僅是設(shè)計(jì)原型，而且色彩也與設(shè)計(jì)效果相一致。但這種設(shè)備因費(fèi)只能作驗(yàn)證模型，且材料便宜，制作簡單，精度降低。一般只用于手板驗(yàn)證模型的制作，用于看外觀效果，這類設(shè)備價(jià)格普遍低，在機(jī)商可以低至2000——3000元人民幣。

二、北京3D打印的研發(fā)與應(yīng)用情況

中國快速原型制造——3D打印系體的研究起步于二十世紀(jì)九十年代，基本與國際發(fā)展同步，略遲于美國十年。北京在全國發(fā)展中始終處于領(lǐng)先地位。上世紀(jì)九十年代中期，北京隆源科技公司就開始開發(fā)生產(chǎn)以激光燒結(jié)為主的快速原型設(shè)備，技術(shù)是一批從美國留學(xué)歸來的創(chuàng)業(yè)者。該公司的設(shè)備曾為積水潭等醫(yī)院和北汽公司制作了大量產(chǎn)品。同期清華大學(xué)機(jī)械系，研制開發(fā)了紙基、樹脂熔溶等方法的快速原型設(shè)備。并銷售到制造企業(yè)，基本形成了3D打印的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營銷售的體系。在國內(nèi)居于領(lǐng)先地位，對該產(chǎn)品的業(yè)態(tài)發(fā)展方向、規(guī)模進(jìn)行了很好的實(shí)踐。

同時(shí)，北京在3D打印——快速原型制造裝備的應(yīng)用上在全國也處于領(lǐng)先地位。總結(jié)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)、快速原型設(shè)備現(xiàn)階段主要用于工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證和手板模型制作。少量用于單件特殊產(chǎn)品的制造。因此，使用方式主要是建立快速原型中心式3D打印中心，提供集中的公共服務(wù)，而不是普遍企業(yè)的必購工作母機(jī)。而且各自購置只會增加投入，造成閑置，浪費(fèi)資源。1996年最早使用快速原型制造設(shè)備之一的中國香港全港僅有三臺。國內(nèi)的深圳只有兩臺，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在北京市科委支持下，于1998年北京工業(yè)設(shè)計(jì)促進(jìn)中心建成了北京第一個(gè)快速原型公共服務(wù)平臺，與清華大學(xué)合作，建立了基于紙基的3D打印服務(wù)公司。2006年建設(shè)北京DC工業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)基地時(shí)，以該服務(wù)平臺為基礎(chǔ)，在基地內(nèi)建立了快速原型制造逆向工程中心。作為重要的制成工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的公共技術(shù)服務(wù)平臺為電子、數(shù)碼、工藝美術(shù)產(chǎn)品的手板制作，產(chǎn)品制造提供了支撐服務(wù)。2012年與上拓公司合作，組建了快速原型——3D打印服務(wù)聯(lián)盟。從設(shè)備營銷、快速原型制造、協(xié)調(diào)整合園內(nèi)外3D打印——快速原型制造資源。形成了規(guī)模化經(jīng)營實(shí)體，園內(nèi)外加盟機(jī)構(gòu)達(dá)到40余家，服務(wù)中心遍地。北京、浙江、江蘇十余個(gè)城市。年產(chǎn)值達(dá)到3000余萬元，初步形成了規(guī)?；?jīng)營。

未來3D打印的發(fā)展方向是：不斷集成新技術(shù)，新工藝，提高快速原型制作3D制造的材料適用性；打開生產(chǎn)效率；降低成本；保證精度。使其從以制作手板模型，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)用裝備、發(fā)展成為滿足個(gè)性化，柔性加工生產(chǎn)的工作母機(jī)。

三、北京發(fā)展3D打印的方向

北京作為全國最早開展自主3D打印設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)的城市，具有較多的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和制造能力。無論從人才基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)水平、信息數(shù)量、輻射能力都是最優(yōu)秀的。因此，北京首先應(yīng)積極整合已有的產(chǎn)業(yè)資源、研發(fā)隊(duì)伍，發(fā)揮首都優(yōu)勢，完善產(chǎn)業(yè)鏈條，打造中國3D打印裝備產(chǎn)業(yè)基地。

二是發(fā)揮北京的首都集散優(yōu)勢，建立國際化的3D打印設(shè)備的交易平臺。匯聚全球優(yōu)秀產(chǎn)品，面向世界最大的應(yīng)用市場——中國及亞洲周邊國家，形成集實(shí)體交易平臺和B2B電子商務(wù)交易平臺。進(jìn)而促進(jìn)國內(nèi)3D打印產(chǎn)品的技術(shù)與水平提升。

三是構(gòu)建3D打印公共服務(wù)平臺和產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺。“走出去”開展服務(wù)外包；“引進(jìn)來”讓國內(nèi)外3D打印設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)京落戶，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。