林蒙丹 趙雪林

摘 要：第三次工業(yè)革命后，3D打印技術(shù)越來越受到各界的關(guān)注。作為一項快速成型技術(shù)，3D打印自問世以來便受到社會的強烈關(guān)注。有人甚至預測，不久的將來，3D打印技術(shù)將會替代傳統(tǒng)制造業(yè)，使大批產(chǎn)業(yè)工人失業(yè)。文章從3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀出發(fā)，詳細闡述目前遇到的瓶頸，從而得出結(jié)論：3D打印很難顛覆和替代傳統(tǒng)制造技術(shù)，而只是作為它的補充。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);傳統(tǒng)制造業(yè);數(shù)字制造;瓶頸

3D打印是近幾年開始流行的一種快速成型技術(shù)，3D是“3 dimensional”的縮寫，表示三維空間，這種打印方式不是傳統(tǒng)的平面打印，而是以計算機軟件輔助建立數(shù)字模型，再使用金屬或塑料等可粘合材料通過逐層打印的方式來獲得一個立體的物件。由于它不需要制作模具，省去了大量的時間和環(huán)節(jié)，所以越來越受到各方的關(guān)注和歡迎。既然3D打印如此方便，未來是否可以直接利用3D打印來制造產(chǎn)品，能否大規(guī)模推廣進而實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化呢？全國政協(xié)常委工信部原部長李毅中先生在世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會上表示：“3D打印技術(shù)為傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新注入新的動力和活力，但受技術(shù)和裝備的局限，3D打印目前適用于少批量、小尺寸、高精度、造型復雜的零部件的加工制造，難以代替大規(guī)模、大批量的加工制造?！?D打印技術(shù)雖發(fā)展迅速，但還面臨著不少瓶頸和挑戰(zhàn)，不足以顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)。

1 高成本限制產(chǎn)業(yè)化

1.1 原材料昂貴 3D打印的材料種類雖然不少，但也算不上豐富多樣，常見的主要包括：工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，也有具有特殊用途的如彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等，常常以粉末、絲狀、層片或液體等形態(tài)出現(xiàn)。對最常見的粉末狀材料，如果打印設備的類型不同，粒徑要求也不同，在1～100μm之間不等，除此之外，為了具有良好的流動性，還要求使用高球形度的粉末。這樣苛刻的使用條件要求導致3D打印的材料身價飛漲，要想利用3D技術(shù)打印出一個10cm高的小人成本至少在百元以上。

1.2 打印設備昂貴 我國生產(chǎn)的3D打印機裝備功能已經(jīng)接近國際先進水平，差距主要體現(xiàn)在裝備的可靠性和材料研發(fā)上。假如只需打印一些玩具等普通日用品，國產(chǎn)設備完全可以滿足要求，但在生產(chǎn)精度要求較高的制造業(yè)，尤其是航空航天、精密制造等領(lǐng)域，如果要使用3D打印技術(shù)，那么所使用的3D打印機的關(guān)鍵器件必須得從國外進口，國產(chǎn)打印機在穩(wěn)定性方面滿足不了要求。一臺德國Concept Laser高端工業(yè)級金屬3D打印機，它的售價至少在600萬人民幣以上。因此，無論是高價的材料還是高昂的設備，都限制了其產(chǎn)業(yè)化的步伐。

2 材料缺乏無法開展產(chǎn)業(yè)化

3D打印的關(guān)鍵是設備，比設備更關(guān)鍵的則是材。目前能用來打印的材料還很有限，在使用過程中，往往還會發(fā)現(xiàn)很多材料的強度和硬度無法達到預期要求，這都會導致本來種類就不多的材料不能按要求使用。因為材料問題，3D打印只能在個別少數(shù)人手里進行，如果要放到工廠進行大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應用，原材料勢必供應不上，用不了一天就要停工。目前的家用3D打印機多數(shù)只能采用單一的塑料材質(zhì)，工業(yè)用3D打印機所使用的多為金屬粉末，但目前的激光熔煉技術(shù)還只能熔煉一些塑性較高、熱加工性能較好、內(nèi)部含聯(lián)結(jié)元素高的金屬材料，并不能適應所有的金屬牌號，所以，不管是商用還是工業(yè)用，打印材料的稀缺是一個亟待解決的問題，我國的3D打印技術(shù)目前還處于“有鍋沒米”的局面。這在很大程度上牽絆了3D打印擴展其應用領(lǐng)域的腳步。

3 低效率限制批量生產(chǎn)

眾所周知，3D打印技術(shù)中三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的，它可以通過復制的方式在電腦中建立出該物體模型，可以快速地打印出成品，避免了傳統(tǒng)制造業(yè)中模具設計、切割、拋光等等一系列工序，效率比起傳統(tǒng)制造工藝來自然要高出很多，還避免了材料浪費。因此，在只針對單個或小批量元件制造及復雜零部件的生產(chǎn)中3D打印技術(shù)占有明顯優(yōu)勢。但在金屬材料方面，傳統(tǒng)工藝的速度優(yōu)勢卻是3D打印技術(shù)無法比擬的。效率低是3D打印技術(shù)所體現(xiàn)出來的最大弱點，尤其是遇到需大批量生產(chǎn)的物件時，3D打印完全不能與傳統(tǒng)制造業(yè)相抗衡。

4 精度之低限制直接成型

4.1 打印成型后需要精密機械加工 3D打印雖然可以一次成型，但目前的金屬3D打印構(gòu)件所生產(chǎn)出來的零件表面精度往往還不能滿足使用要求，還需要對表面進行精密的機械加工，去除表面毛糙的、不光滑的或存在表面瑕疵的部分，才能作為最終零件投入使用。因此，盡管3D打印可以不需要模具一次性構(gòu)造出復雜的空間結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的管路與腔體，但它的成型點陣精度在mm級，如果是對精度要求較高的零件，勢必要在成型以后繼續(xù)采用傳統(tǒng)的精密機械進行加工，包括傳統(tǒng)的熱處理及鍛造等。

4.2 打印成型后影響精密機械加工 3D打印可以獲得復雜的空間結(jié)構(gòu)和內(nèi)部管路與腔體，但這些已形成的管路和腔體要再進一步進行機械加工卻很有可能無法進行，反而會對后續(xù)的精密加工增加難度，這一引以為豪的優(yōu)點在此時卻成了累贅。如有些模型，想要讓它發(fā)出迷人的光澤的話，在打印完后還需要對其表面進行二次加工，但已經(jīng)一次成型的不規(guī)則形狀卻大大增加了二次加工的難度。因此，雖然3D打印可以一次性直接完成較高難度的復雜零件的成型，但其精度方面表現(xiàn)出來的缺陷導致它還不足以取代傳統(tǒng)的機械加工。

5 總結(jié)

3D打印開創(chuàng)了另一種零件制造的方法，但還存在很多難以克服的困難。只能說這種新型制造方式是對傳統(tǒng)制造方式的一種補充，通過新的制造方法克服了傳統(tǒng)制造業(yè)的一些難題，但還沒有發(fā)展到取代傳統(tǒng)制造業(yè)的程度。3D打印想要真正達到大規(guī)模應用并產(chǎn)生效益，還需要很長的時間來發(fā)展和積累。

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