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何为3D 打印
早在1986年，有科学家利用立体光刻技术将3D数字模型变成实物，随后，还有人发明了通过分层堆积特殊材料实现模型成型的技术，也就是我们常见的热熔技术。在学术上，3D打印并不陌生，在科研和工业上被称为“快速成型技术”，在许多高校的设计专业也都设有相关的学科，所以3D打印并非不陌生，也不新鲜，但是该技术进行市场化运作，现在才刚刚开始，而且由于材料技术的积累和发展，通过特定的控制系统，在专用平台上按照事先设计好的形状实现立体物品的成型。所以，“3D打印”是一个相对广义的概念。
从技术层面来看，“3D打印”是所有能将数字模型变成物理实物的技术总称，主流的3D打印技术有多种，比如热融技术、立体光刻技术、激光烧结技术，还有类似于喷墨技术的三维打印技术等，它们有着各自的特点和应用层面，比如热融技术是将特殊树脂或塑料加热融化，然后以分层的方式不断堆积，材料冷却后固化形成立体物品，表面相对粗糙，但是材料成本低廉，在模型设计和制造业有着广泛的应用。立体光刻技术是利用紫外线激光逐层扫描一种特殊化学成分的液体，液体发生固化，逐层建立立体模型，所用材料单一，不能进行多色成型，耗材成本高昂。选择性激光烧结技术可以加工金属等强度较高的材料，利用激光烧结粉末材料形成立体物品，所以成型后的物品表面粗超，需要后期加工才能使用，可以选择的材料范围较广。还有许多3D打印技术正在被研发，如果有一天人类打破材料的局限性，那么3D打印才有可能真正走进我们的生活。
目前，我们从国内外关于3D打印的新闻报道中得知，我们熟悉的树脂、陶瓷、金属、建筑材料还有食品，可以通过“3D打印”的方式实现个性物品的快速成型，在医学领域，也有研究人员利用“3D”打印的方式重建生物细胞组织和人体骨骼，由于材料技术在过去的大量积累，为“3D打印”在实际应用领域提供了广阔空间和巨大潜力。3D 打印技术不仅局限于制造业，个人用户也能成为3D打印机的重要市场空间。
3D打印令人激动的应用
目前，3D打印技术已经在多个领域进入应用阶段，包括制造业、设计业、建筑业、生物领域、医学领域、文物保护领域等。
传统的制造业，无论是零件还是成品，都是批量生产的，当客户有个性化需求的时候，制造成本就会大幅上升，而3D打印就是一个很好的个性化制造技术，能够根据不同客户的需求制造满足其需求的产品，所以，3D打印在制造业会发挥巨大作用。我们已知有公司利用3D打印技术生产液晶屏等产品。
在任何商品领域，大到宇宙飞船、飞机汽车，小到儿童玩具，所有人类需要的物品在设计过程中，设计人员需要进行不断的改进，而数字模型必需要通过实物模型进行测试和模拟，过去设计人员利用手模或者开模制作实物模型，相对时间长，或者成本较高，而3D打印技术正好能满足设计人员在设计过程中制作实物的需求。福特汽车、欧洲宇航局等已经为其设计人员配备了桌面级的3D打印机，帮助他们提高效率。
在建筑业，设计师的图纸变成模型非常复杂，需要花费的时间较长，一定程度上延长了设计周期，3D打印技术可以帮助设计师解决这一问题；另一方面，我们所见到的大多数建筑物是由钢筋、混凝土等材料通过大型机械和人工来实现建筑设计师的设计图。如果利用3D打印技术，未来的建筑可能会更加个性，而且只需通过拼装就能盖好房屋，减少人力支持和材料浪费。
而在医学和生物技术领域，据了解，一个人体心脏瓣膜，利用3D打印技术只需要10美元的高分子材料，大大降低了成本。另外有报道称有公司利用3D生物生长技术，将不同细胞细致的混合，进而生成人造肉，在生物领域，还有科学家利用3D技术将动物细胞加工形成器官，这是3D打印技术在生物领域的前沿应用。
如今，古代文物由于自然因素和人为因素受到严重破坏，文物工作组通过影像技术获取文物数据信息，然后利用3D打印机重建文物模型，以便更好的研究，在文物保护中有着非常大的价值。相信看过电影《十二生肖》的朋友，就会知道3D打印机是如何复制文物的。
3D打印的现状
目前，美国在3D打印的技术和应用有着领先优势，而且美国也是3D打印最大的市场，美国总统奥巴马在两次公开演讲中多次提到3D打印技术，鼓励学习新技术，创造更多就业，重振美国经济。美国3D打印技术和打印设备供应商在资本市场上也获得较大的推动力。奥巴马在国情咨文当中的讲话曾经提到：“现在有我们可以做的事情。这些事情可以加速这一潮流。去年，我们在俄亥俄州的杨斯敦创造了第一个制造业革新中心。一个曾经的百叶窗式库房变成了一个艺术实验室。在那里，新工人在学习3D打印技术。这种技术可以革新我们制作几乎任何东西的方法。没有理由这个在其他城镇不能发生。”
3D打印在亚洲又是什么情况呢？2012年底日本出现了首家3D打印体验馆，随后在中国西安市有一家类似苹果零售店的3D打印体验店开张，2个月之前，一个拥有不同类型的3D打印硬件设备和个性化服务的3D打印体验馆在北京开馆。中国对新技术和新商业模式的跟进非常迅速，没有丝毫犹豫。在中国，从2012年下半年至今，许多有着工业背景、材料技术、控制技术、电子技术的公司先后投入研发3D打印技术，在资本市场上，3D打印概念股在过去的半年中一路飘红，在一段时间内引跑股市。
工业级3D打印机与民用级3D打印机在许多方面有着较大的差异，包括成型精度、材料强度、模型尺寸等方面，3D打印机在飞机、汽车的设计和研发中已经开始崭露头角；不少行业的商品研发中，也利用3D打印机进行模型制作，从而加快设计的效率，降低模型研发成本，对于个人而言，也有不少模型爱好者利用3D打印机打印自己设计的模型。不同技术、不同应用的3D打印机售价差距也非常大，桌面级的产品售价在1万～3万人民币左右，而昂贵的高端3D打印机售价几十万甚至上百万，不同的用户需求根据自身的需求来进行对应的选择。
随着桌面级3D打印机的上市，3D打印已经与越来越多的个人和中小型公司关系密切，我们可以利用这些小型化的3D打印机制作个性化的模型。在国内，太尔时代的UP！桌面3D打印机在高校教学、科研和设计领域有着较高的知名度，而美国MakerBot 的桌面3D打印机也开始在国内市场上销售，特殊的PLA材料在可塑性等方面表现更好。然而3D打印在金属材料加工方面还无法替代精度更高的数控机床。
亲身感受3D打印机
笔者试用过的桌面3D打印机有两款，一款是来自太尔时代的UP！，一款是来自美国的MakerBot Replicator2，前者为国内品牌，售价9999元，体积小巧，结构简单，采用三轴联动控制打印头的移动，成型尺寸为140mm×140mm×140mm，尺寸并不大，成型平台底板需要加热，采用了ABS塑料作为材料，打印头工作温度在260摄氏度左右，打印层厚0.15mm～0.4mm，在软件内可以调整模型的大小与位置，直接连接电脑就可以使用，驱动软件有中文汉化，在使用之前需要对打印机进行初始化以及调平成型平台。
MakerBot在国际上名气较大，亮相于CES2011，Replicator 2是MakerBot旗下第二代桌面3D打印机，国内行货售价在2.5万元左右，改进了一代产品的许多不足。Replicator 2外观拥有很强的科技感，主要由黑色的外壳、可变色的LED灯、热融打印头、三轴步进电机、无需加热的成型平台组成，支持脱机打印，用户使用与其匹配的MakerWare软件，就可以对STL 模型文件进行设置和调整，然后导出.x3g文件，复制到SD卡中，插入到打印机读卡器上，就可以脱机打印了，比较简单，虽然MakerWare还没有汉化，但是交互界面非常简单，用户能够轻松使用。MakerBot Replicator2相比太尔时代的UP！，打印模型尺寸要更大，为28.5cm×15.3cm×15.5cm，采用了PLA材料，强度更高，可塑性强，相比之下，成本也比ABS塑料要高。目前我们常见的是透明色、蓝色、红色等单色材料，但是据了解，MakerBot在材料方面已经研发出了不同色系的PLA，比如半透明色系、金属色系等，目前还没有在国内上市。与太尔UP！打印机相同的是，打印3D模型可以自动构建支撑，避免模型细节出现问题。
这两款桌面级的3D打印机比较具有代表性，一款为国产品牌，一款外国品牌，在制作模型方面，细节上的差异主要由材料的差异组成，然而在易用性方面，MakerBot更甚一筹，然而在成本、体积以及可调节方面，UP！也有一定的优势。
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英国《经济学人》杂志2012年制作专题论述了当今全球范围内工业领域正在经历的第三次革命，认为这次革命是一种建立在互联网和新材料、新能源相结合的工业革命，它以“制造业数字化”为核心，并将使全球技术要素和市场要素配置方式发生革命性变化。新材料、新工艺、新机器人、新的网络协同制造服务，生产会更加经济、高效、灵活、精简。3D打印技术作为“第三次工业革命的重要标志”，被认为是推动新一轮工业革命的重要契机，已经引起全世界的广泛关注。3D打印技术作为具有前沿性、先导性的新兴技术，正在使传统生产方式和生产工艺发生深刻变革。3D打印技术将以其革命性的“制造灵活性”和“大幅节省原材料”在制造业掀起一场革命，它最适合应用于多品种、小批量、结构复杂、原材料价值量高的结构制造领域，因此有望在航空制造领域获得广泛应用。
3D打印技术（3D Printing）是快速成型技术（Rapid Prototyping Manufacturing）的一种，也叫做增材制造（ Additive Manufacturing）。基本原理是把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。3D打印技术使用的方法有很多种，表1给出了美国科技政策研究所对3D打印技术按过程、主要厂商、所用材料和典型市场进行的分类。
国内外3D打印技术及产业发展情况
世界主要国家竞相从战略高度重视发展3D打印
3D打印技术的历史由来已久。1986年，美国3D System公司推出了第一款工业化的“3D打印”设备，1990年开始销售，短短几年中，形成了巨大的市场。近年来，美国以企业和大学及科研机构等半政府半民间的组织为主导力量，明显加大加快了对3D打印技术研发的组织力度。2009年，以美国相关大学为主的“增材制造路线（RAM）研讨会”就未来5～10年的技术发展进行了广泛的讨论，并发表了较有影响的路线图研讨报告。根据这一报告的建议，由爱迪生焊接研究所（EWI）牵头于2010年成立“增材制造共同体AMC（Additive Manufacturing Consortium）”，试图将相关的制造商与供应商同大学与研究机构联结成为一个互动良性促进发展的生态组织，共同解决3D打印技术中还存在着的大量问题。AMC目前已有30余家企业、研究所、大学、军方和政府等机构成员，以金属材料的增材制造技术为主，每季度活动一次。目前，AMC整合EWI及其成员的设备、技术和专业知识，初步构成了一个分布式、网络化的增材制造“国家实验平台中心NTBC（National Test Bed Center）”。AMC和NTBC的使命就是提高3D打印增材制造技术的成熟度，促进相应的产业投资，在全美范围内将这一新兴的制造方式早日转化为主流的制造方式。自2011年起，AMC每年都向其会员增材制造的现状报告。此外，近3年来美国政府、军方及企业还多次组织3D打印技术的有奖挑战大赛，希望以此加速相关技术的发展、应用和普及。
尽管美国在3D打印的整体技术上领先全球，但在基础研究设施、研发组织和政府支持上，欧盟明显领先。首先，欧盟在政府研发方面的投入要大于美国（不计不公开的国防军事投入），著名的大型合作项目包括英国的增材制造创新中心、欧盟第六框架项目大航空航天组件快速生产Rapolac（Rapid Production of Large Aerospace Components），全程专注航空航天的SMD（Shaped Metal Deposition）技术等。其次，欧洲工业界也主动组织形成3D打印产业群，开发增材制造的市场。一度形成原始创新技术源于美国，但其后的研发和应用及商业化却是由欧盟等国家完成的局面。此外其他一些国家也都竞相从国家战略高度重视发展增材制造业，澳大利亚近期制定了金属堆积制造路线，南非正在扶持基于激光的大型堆积制造机器的开发，日本也在着力推动堆积制造技术的推广应用。
3D打印行业处于迅速兼并与整合过程中，专利成为竞争的重要武器
2011年3D打印产业的市场规模为17亿美元。目前，快速成型技术的市场应用份额如图1所示，其中航空航天约占8%。目前，全球有两家3D打印机制造巨头，分别为3D System 和Stratasys，均在美国上市，2011年营业收入分别为2.3亿美元和1.6亿美元。3D Systems公司自2009以来已连续收购了25家公司，并于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后，一举奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司继2011年5月收购Solidscape公司之后，又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前，国际3D打印行业正处于迅速兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。
3D打印行业巨头积极展开收购行动，在扩大公司规模的同时也吸收了大量的相关专利，并以此专利优势，在专利上限制对手的发展。目前全球拥有3D打印专利前5名的公司见图2、表2。
从2005年开始，3D Systems利用自己的专利优势成功狙击了纳博特斯克的7项专利申请。2012年底，3D Systems又控告Formlabs公司推出的初级3D打印机涉嫌侵犯其专利技术。
我国3D打印的技术水平基本与国际同步，但在产业化方面严重落后
20世纪90年代初，我国开始推进增材制造设备，即3D打印机的研发，在快速成型技术方面取得了长足进展。我国的华中科技大学、清华大学、西安交通大学、北京隆源公司、中航重机激光和南京航空航天大学等单位，于上世纪90 年代初率先开发快速成型设备，以及进行相关技术的研究、开发、推广和应用。其中，清华大学成功开发了无木模铸造工艺 （Patternless Casting Manufacturing），即采用逐点喷洒粘结剂和催化剂的方法来实现铸造沙粒间的粘结。华中科技大学研发出世界最大激光快速制造装备，使得我国在快速制造领域达到世界领先水平。西安交通大学研制出了激光快速成型设备LPS、SPS 系列成型机，并成功推向国内外市场。在国家科技部领导和组织下先后成立了近10家旨在推广应用快速成型技术的“快速原型制造技术生产力促进中心”，863/CIMS 主题专家组还将快速成形技术纳入目标产品发展项目。可以说我国在典型的快速成形设备、软件、材料等方面的研究和产业化方面获得了重大进展，我国快速成形技术的研究工作基本与国际同步。但在快速成形技术新设备研发和应用方面我国则落后于国外。国外快速成形技术在航空领域有超过8%的应用量，而我国在这方面的应用量则非常低。据估计，3D打印设备在我国企业级装机量在400台左右，2010年以来年增速均为70%左右，市场规模超过1亿元。
3D打印技术在航空领域的应用情况
欧美已将3D打印技术视为提升航空航天领域水平的关键支撑技术之一。3D打印技术在航空领域的应用主要集中在3类：1）外形验证，整机和零部件外形评估和测试、验证；2） 直接产品制造，例如无人机的机翼、云台、油箱、保护罩等，美国一些大飞机中也有多个零部件采用3D打印直接制造；3） 精密熔模铸造的原型制造，采用精密浇铸工艺来制作部件前的原型等。
国外应用情况
波音公司已经利用3D打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件，包括将冷空气导入电子设备的形状复杂导管。目前波音公司和霍尼韦尔正在研究利用3D打印技术打印出机翼等更大型的产品。
空客在A380客舱里使用3D打印的行李架，“台风”战斗机中也使用了3D打印的空调系统。空客公司最近提出“透明飞机概念”计划，制定了一张“路线图”，从打印飞机的小部件开始，一步一步发展，最终在2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。“概念飞机”本身有许多令人眼花缭乱的复杂系统，比如仿生的弯曲机身，能让乘客看到周围蓝天白云的透明机壳等，传统制造手段难以使用，3D打印或许是一条捷径。
GE航空2012年11月20日收购了一家名为Morris Technologies的3D打印企业，计划利用后者3D打印技术打印LEAP发动机组件。GE把这次收购看作是对新制造技术的投资，认为具备处理新兴材料与复杂设计的工艺制造开发能力，对GE的未来至关重要。
美国空军对3D打印也报以厚望，近日与3D Systems签约，投资29.5亿美元用于其开发打印F-35战机部件和其他武器系统的3D打印系统。
国内应用情况
中航重机激光技术团队早在2000年前后，就已经开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发。目前，中航重机激光产品已经应用于我国多款新型飞机上，并起到关键作用。除了军用飞机，中航重机激光还在开拓世界最先进四代航空发动机最核心技术之一——整体叶盘应用市场，以及大型水面水下舰艇市场。
北航同我国主要飞机设计研究所等单位“产学研”紧密合作，瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求，历经17年研究在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术，并已在飞机大型构件生产中研发出五代、10余型装备系统，已经受近十年的工程实际应用考验，使我国成为迄今世界上唯一掌握大型整体钛合金关键构件激光成形技术并成功实现装机工程应用的国家。2013年1月18日，王华明联合研发团队凭“3D激光快速成型技术”获国家技术发明一等奖。3D打印对生产方式的变革
相比较传统制造业，3D打印在制造模式、流程、供应链等方面发生巨大变化。1）定制成为新标准。制造模式上，过去是生产线规模化生产，今后则可能更多的是数字化、个性化、分散化的定制生产，不再需要库存大量零部件，也不需要大量生产。2）缩短上市时间。3D打印无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期。3）更优越的产品性能。3D打印的产品是自然无缝连接，结构之间的稳固性和连接强度要高于焊接等传统方法。4）开放式的产品设计。3D打印产品设计者与消费者之间可以通过互动改进产品，这个互动是双向的，消费者也可以自己设计产品。5）改变离岸经济模式。3D打印对产品供应链有重大影响，选择生产地时，劳动力成本不再那么重要，而是考虑如何接近消费者，传统过程的供应链就变得短了，使得传统的离岸经济模式得以改变。
3D打印产业的未来发展前景
对于3D打印未来的发展前景，业界普遍看好。作为全国工业的主管部门，工信部准备组织研究制订3D打印技术路线图、中长期发展战略，推动完善3D打印技术规范和标准制定，研究制定支持3D打印产业发展的专项财税政策。据报道科技部的3D打印相关战略规划也正在研究制定中，近期即将公布。高德纳（ Gartner ）公司2012年的新兴技术炒作周期报告判断：3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，在5～10年的时间内将迎来发展高峰（见图3）。
据Wohlers Associates报告分析，全球3D打印产业产值在1988～2010年间保持着26.2%的年均增速。2011年3D打印产业的市场规模为17亿美元，到2016年产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元，其中零部件制造将占80%。而对于快速成型应用领域，则市场更为广阔。2012年，全世界快速成型制造的产值估计为230亿美元，2015年产值将会达到350亿美元。
不过3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着一些瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度还不尽如人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面，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打印技术未来发展的主要趋势
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。
提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；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，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、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。
航空制造业整合3D打印技术的建议
我国是制造业大国，3D打印技术对中国诸多企业将是颠覆性的变革。我国航空制造业必须未雨绸缪，积极为迎接此技术革命做好准备。
（1）推进“产学研用”结合，拓展应用领域，延伸产业链，提高产业化程度。
（2）改变产品，如研发现有产品的数字版及3D打印所需相应的硬软件。
（3）改变制造过程和方法，将现有制造系统智能化自动化，引入3D制造系统，形成复合体系。增材制造和减材制造相辅相成，复合制造体系在今后将成为主流。
（4）改变商业模式。这一次新工业革命要求完全不同的价值获取与盈利模式，及相关的流程设计，资源配置和组织机构的形式。
（5）提前专利布局，在发展初期就要将目光放长远，不能满足于现有已经被国外企业掌握的核心技术，而是要更多的走自己的专利之路，努力发展创新技术，抢占技术先机，积极进行合理的专利布局，包括国际市场专利布局，同时摆脱对国外3D打印耗材的依赖，避免陷入不必要的专利泥潭，争取在未来的市场竞争中占据有利地位。
（5）GE收购3D打印企业，某种程度上给航空企业提供了借鉴：通过一些资本化运作手段，兼并收购一些具有核心技术的3D打印企业，以核心制造能力为重点，打造航空企业自身的价值元宝曲线，或许是在这次工业革命中实现快速赶超的有效途径。
（作者单位系中国航空工业发展研究中心）
参考文献
[1] Gartner Inc，Hype Cycle for Emerging Technologies 2012[R].2012.
[2] Wohlers Associates Inc.Wohlers Report 2012[R].2012.
[3] 王雪莹. 3D 打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012，（26），3-5.
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3D打印所采用的制造技术和原材料多种多样，从目前的市场应用情况来看，FDM型（熔融层积）3D打印机是市场的主流，这种打印机在2D打印机的基础上加入了Z轴的概念，使用可热熔固态耗材成形完成3D塑形，耗材与整机的售价都较低，但同时也存在耗材热稳定性不足、打印精度不高的缺点。除此之外，SLA型光固化3D打印机通过激光将光敏树脂液体耗材固化，规避了原有的固体耗材热胀冷缩的问题，大幅提升了打印精度，因而成为许多厂商开发的重点之一。而在高端工业级3D打印应用中，近年来SLS金属激光烧结3D打印技术也取得了迅猛的发展。
商业应用仍占主流
以3D打印技术制造产品原型一直都是该技术自发展以来最重要的用途，它能够让使用单位在研发阶段降低或缓和因产品设计、造型和功能等因素所带来的风险，还能支持新的制造流程，缩短产品研发周期。
例如在模具制造业中，Stratasys公司的3D打印解决方案被运用在车载应用供水与供暖系统制造商Whale 公司的加工制造过程中，成功将原型部件注塑模具工具的交付周期缩短了97%左右。 Whale 公司 3D 技术服务部负责人 Jim Sargent 表示，公司现在使用 Objet350 Connex 多材料 3D 打印机，在 24 小时内就能打印出 3D 注塑模具工具，且只需花费制造金属工具成本的一小部分。“过去，我们生产金属工具的交付周期为 4―5周，且生产成本十分高昂；现在，凭借3D 打印机，可以在白天完成工具的设计，夜间进行 3D 打印，次日早晨利用一系列最终产品材料对其进行测试。这一全新的加工方法显著节省了我们的时间和成本。”
利用3D打印技术制造医疗器材是另一个令人振奋的发展方向。以较为成熟的齿科应用为例，3D打印技术运用计算机辅助设计（CAD） 文件数据，为每位患者逐层创建出专用的塑料制品，满足了定制化以及大批量生产这两项要求，并且协助提升了手术的精准度，因此在牙科治疗和美容手术中受到了欢迎。另外，在骨科应用中，3D打印技术同样也能够以优良的单位成本优势实现定制化生产骨科植入物或其它医疗器械的目标。
对于大众消费类市场而言，尽管有关机构表示，由于生产技术和产品价格等因素，3D 打印技术在这一领域中仍需5到10年才能达到成熟期，但一些行业领导企业已经开始积极布局这一市场。在3D Systems公布的2014下半年战略重点中，其中之一就是继续拓展3D打印产品与技术的消费级应用，例如通过与消费领域的领先企业如：好时 （Hershey）、孩之宝（Hasbro）、史泰博（Staples）和美泰（Mattel）等公司联手，进一步推动消费级3D打印市场的容量。
此外，据称，3D Systems于2014年秋天在洛杉矶推出了世界上第一家数字面包店，该面包店有助于促进其开发的糖果ChefJet系列3D打印机的市场推广度。
3D打印机市场格局初显
越来越多的OEM厂家正加入到3D打印机供应商的行列中。Gartner曾预测，2015年全球3D打印机的出货量会成倍增长；而2014年全球市场对3D打印机的支出同比增长 62%，达到6.69亿美元，其中企业支出为5.36亿美元，消费类支出约为1.33亿美元。
尽管市场空间仍然有限，但最近几年3D打印机的销售增长速度有目共睹。
有行业人士指出，一旦市场容量达到100万台的水平，一些资金、技术实力雄厚的大型供应商将在行业中占据更为重要的位置，并主导重新定义该行业的标准和业务模式，而那些小公司则会逐渐退出市场竞争或是被收购。
在顶级3D打印机供应商的名单中，3D Systems和Stratasys公司是两大代表，他们目前的研发重点也是行业的主流趋势之一，那就是如何令3D打印设备的价格能够被更广泛的市场所接受。在过去，主要用于工业应用的3D 打印机的价格至少要在10万美元以上，而如今，3D打印机的目标价位要降至1300美元左右。特别是对于小型公司而言，成功的关键在于能否满足1300 美元范围内的市场需求，以适应大批量生产和销售，或者是否拥有一些专利技术，以求被收购。总之，未来几年里，大多数规模较小的3D打印机公司将遇到严峻的考验。
与此同时，那些领先的3D打印机制造厂商还在不断的发展壮大之中，他们通常采用企业收购行为，进一步刺激业务增长率并引入更先进的技术，以巩固自己在行业中的领导地位。例如，2013年年中，Stratasys收购了桌面型3D打印设备厂商Makerbot；3D Systems并购了金属粉末SLS 3D打印机生产厂商Phenix Systems。2014年4月，Stratasys同意以2.95亿美元收购北美最大的3D打印、模具、注塑建模和快速成型服务提供商Solid Concepts，以及另一家3D打印公司Harvest Technologies。而为了进军医疗行业，2014年3D Systems宣布收购定制化医疗设备和个体化手术治疗公司Medical Modeling、仿真手术设备公司Simbionix等多家企业。
传统2D打印机厂商同样是一股不可忽视的势力，许多商业化3D技术都是由2D打印机厂商所开发的，其中包括佳能、惠普、京瓷、理光和富士施乐等。毫无疑问，这些2D打印机制造商一直都在等待3D市场的成熟和出货量的起飞，目前他们正利用已有的自身品牌积累，积极作好进军3D打印市场的准备。
中国3D打印产业迎来重要“窗口”期
作为全球重要的制造业大国，3D打印技术在中国同样获得了政策面和产业面的高度重视。未来几年是中国3D打印发展的重要 “窗口”期，到2020年3D打印产业有望实行全面产业化。
在桌面级设备方面，2014年8月，珠海西通电子有限公司了国内首款采用SLA光固化技术的3D打印机，打印精度最高可达0.025mm，打印速度可实现每小时15mm，产品定价约为2万元左右，大幅提升了产品的品质和性价比。
此外，在主流的FDM熔融层积打印机市场上，珠海西通电子、杭州先临三维科技股份有限公司、深圳武腾科技有限公司等都是目前本土重要的供应厂商。
在工业级开发上，西安铂力特激光成形技术有限公司以西北工业大学凝固技术国家重点实验室为技术依托，主要从事高性能致密金属零件的激光立体成形制造，以及金属零件的激光修复再制造。
3d美术设计范文4
关键词：影视动漫；设计；3D技术
中图分类号：J954 文献标识码：A 文章编号：2095-4115（2014）09-62-1
随着科技的快速进步，3D技术也得到了不断的发展，开始在影视动漫设计领域中得到了应用，成为了影视动漫设计领域新的发展机遇。3D实际上指的就是在三维空间中通过对现实的模拟而形成的三维图形。利用计算机技术将这些虚拟的三维图形映射到观众的视线中，进而形成了生动的影像。
一、影视动漫动作设计中3D技术的应用
人物是动漫故事架构中不可或缺的，随之产生的就是人物的动作与表情方面的设计。只有通过人物的语言、动作等方面才能够组成完整的动漫故事，因此，动作设计在影视动漫中非常重要。在3D技术中包含了非常多的仿真人物动作模式，通过3D技术设计的人物动作更加具有真实感。例如在人物走路动作设计的过程中，3D技术可以将走路的动作、表情、衣服变化等全面地展现出来。此外，3D技术还可以利用电脑与人体相连接，通过现场的动作设置来完成动漫人物的设计，使人物更加具有个性、更加真实。
二、影视动漫画面设计中3D技术的应用
在影视动漫设计的过程中，利用3D技术能够使画面设计更加的真实与流畅，呈现出非常优质的画面。因此，3D技术在影视动漫画面设计中得到了越来越多的关注。应用3D技术进行影视动漫画面设计能够使画面更加的真实与唯美，具有较强的流畅性与清晰度，给观众带来立体的体验感受，间接地参与到动漫故事中。此外，利用3D技术可以实现一些宏观场面的设计，给观众带来强烈的视觉方面的冲击；3D技术设计的动漫画面，能够实现情景与动漫人物的连接，实现整个场景的完美融合，给观众带来非常震撼的视觉享受。
三、影视动漫色彩设计中3D技术的应用
在影视动漫画面设计的过程中，色彩是非常关键的设计因素之一。利用3D技术对色彩进行设计，能够使动漫画面中具有更加分明的色彩，增加画面的层次，提高画面的清晰度与鲜艳度，给观众带来视觉方面的美的享受。影视动漫色彩设计中3D技术的应用能够使影视动漫的层次感增加，使影视动漫更加地真实、唯美。这正是3D影视动漫与传统的影视动漫之间存在的不同之处。影视动漫色彩设计中3D技术的应用能够呈现出更加完美的色彩视觉效果，这是3D技术的优势所在。
四、影视动漫人物设计中3D技术的应用
在影视动漫设计中，人物设计是最为关键的部分。影视动漫作品的成功与否在很大程度上都取决于人物设计。在成功的影视动漫作品中，不仅要实现动漫情节的完整与生动，而且要实现动漫人物的形象与真实；只具有吸引观众的故事情况，而缺乏引发观众共鸣的人物设计，这部影视动漫作品将很难在激烈的影视动漫市场竞争中获得一席之地。影视动漫人物设计的灵感大部分都来源于编剧的想象力，编剧通过天马行空的想象实现对动漫人物的构造，而且赋予人物不同的性格。在动漫人物设计的过程中，与现实的生活总是存在一定的偏差的，比较不容易吸引观众的注意。因此在影视动漫设计的过程中，只有创新才是唯一的出路。3D技术在影视动漫人物设计中的应用为其带来的新的机遇。当前，随着3D技术的广泛应用，影视动漫人物设计变得更加的立体与真实，使观众与动漫人物之间的距离拉近，两者之间产生共鸣，使这些动漫人物形象在观众的心目中留下了深刻的印象。3D技术在影视动漫人物具体设计的过程中，一方面确保人在相貌、身材等方面非常逼真，另一方面在细节的处理方面也更加专业。3D技术能够对一些传统技术不能够展现的细节进行逼真呈现，吸引更多的动漫迷。
五、影视动漫环境设计中3D技术的应用
在影视动漫作品中，除了需要具备生动的故事情节、逼真的人物形象之外，人物环境与社会环境同样不可或缺。在二维影视动漫设计的过程中，环境往往是静止的，路边的花草完全没有生命力、城市的楼群无法呈现立体感、道路的行人表情僵硬等，这些环境一直保持着静止的状态，不会随着情节、人物等方面的变化而产生变化。因此，二维动画中的环境是静止的、没有变化的。与传统的二维动画相比，3D技术在影视动漫环境设计中具有不可比拟的优势。在影视动漫环境设计中应用3D技术能够使设计出来的动漫环境更加的逼真，在对影视动漫作品进行欣赏的同时，为观众创造了一个可以感知的非常真实的环境。
六、总结
3D技术在影视动漫设计中发挥着非常重要的作用，能够使影视动漫作品更加吸引观众。因此，要在影视动漫设计中实现3D技术的进一步推广与应用。当前，我国影视动漫市场在不断的发展过程中取得了一定的成绩，但是依旧处于初始阶段，对3D技术的应用造成了一定的制约。在未来的发展过程中，要在更多的动漫设计领域中实现3D技术的应用。
参考文献：
[1]周智娴.当代影视动漫设计中如何增加作品与观众的交互性[J].电影评介，2013，（13）.
[2]聂伟.从上海展示到上海创意――“后世博”时代上海影视文化产业的转型与升级[J].艺术百家，2011，（02）.
[3]魏燕.基于“工学结合”的高职动漫人才培养方案的实践研究――以常州纺织服装职业技术学院影视动画专业为例[D].南京师范大学，2011.
3d美术设计范文5
一、3D打印技术究竟是一项什么技术
3D打印技术又称“三维打印技术”或“增材制造技术”，也有学者认为是“快速制造技术”、
“快速成型技术”。3D打印是将设计好的物体转化为三维设计图，采用分层加工、叠加成型的方式逐层增加材料来打印真实物体。之所以使用
“打印”一词，是因为其原理与传统打印机是相似的，都是通过电脑操作来完成。
有人认为，3D打印技术是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破，是机械工程（精密制造）、计算机技术（软件开发）、数控技术、材料科学等多学科技术的集成，它能将已具数学几何模型的设计迅速、自动地打印出具有一定结构和功能的原型或零件。
3D打印技术最突出的优点是无需模具就能够成型，也不需要机械加工，就能直接从设计好的三维图形数据中打印出任何形状的物体。而传统制造工艺最核心的一个环节就是要建模，很多高端产品能够设计出来而生产不出来，问题就出在建模环节。
从总体看来，3D打印可以分为三大类：一是大众消费级（桌面级），多用于工业设计、工艺设计、珠宝、玩具、文化创意等领域。二是工业级。一个方面是原型制造，主要用于模具、模型等行业；另外则是产品制造，包括大型金属结构件的直接制造和小型金属零部件的直接制造。三是生物工程级，如打印牙齿、骨骼、细胞、器官、软组织等。
目前，3D打印技术在大众消费、工业和生物工程等领域的运用已经开始，并有了不同程度的产业基础。在欧洲和美国，3D打印的普及程度要比国内高。2012年，世界3D打印行业的产值大约为120亿～130亿人民币，而国内产值规模约10亿人民币左右，中国的市场规模与日本相当。美国和德国的3D打印实现的产值，约占行业总收入的80%。
在大众消费级领域，3D照相馆、3D创客正在国内推开，北京、上海、杭州、西安等城市都有3D照相馆陆续开张。对于如何将3D打印技术运用到大众消费领域，目前还缺乏一个成熟的商业模式。不论是大众消费级、工业级还是生物工程级，都同样存在这个问题。传统工业企业的商业模式是生产设备卖设备，不管市场用户的需求是否存在，先把设备生产出来再去推销。目前3D打印这个行业还是沿袭了传统工业的老路。而这样的商业模式被证明是行不通的，要不然为什么30年了中国3D打印技术的产值才区区2亿美金？而全球的产值规模也才20多亿美金呢？
3D打印技术在工业领域的运用要好于预期，在生物工程领域的运用起步也比较早，如我们打印牙齿、骨骼修复、生物细胞等，只是过去没有使用“3D打印”这个名词。
二、美国对3D打印技术高度重视
2012年3月9日，美国总统奥巴马在卡内基梅隆大学宣布创立美国“制造创新国家网络”计划。这项计划由美国联邦政府和工业部门共同斥资10亿美元，从制造领域遴选出15项前沿性、前瞻性的制造技术，建立15个制造业创新中心，以全面提升美国制造业竞争力。2012年4月17日，“增材制造技术”被确定为首个制造业创新中心；8月16日，“美国国家增材制造创新中心”作为其首个“样板示范”创新中心剪彩成立。奥巴马总统亲自出席剪彩仪式。该中心作为新技术研究、开发、示范、转移和推广的基础平台，号称要成为增材制造技术全球卓越中心，并提升美国制造业的全球竞争力，鼓励在美国进行投资。
作为美国政府“我们不能再等了”倡议的一部分，奥巴马总统还宣布立即启动试点工作。国防部、能源部、商务部、国家科学基金会（NSF）、国防航空航天局（NASA）等共同向增材制造试点联盟投资4500万美元。目前的资金包括5个联邦机构已有的3000万美元初始授权和联盟内“俄亥俄州-宾夕法尼亚州-西弗吉尼亚州技术带”各成员配套的4000万美元。
美国国家增材制造创新联盟由NCDMM领导，包括波音、洛马、诺格、GE、IBM、西屋核电等85家知名企业、10个研究型大学、6个社区学院以及11个非营利机构，代表高性能、难加工、大型复杂整体构件先进制造技术的发展方向，成为增材制造新技术研究、开发、示范、转移和推广的基础平台，是增材制造技术全球卓越中心，并可提升美国制造全球竞争力。
三、3D打印技术能否推动第三次工业革命
历史经验反复证明，在全球经济陷入衰退之时，正是新经济萌芽和新技术诞生之时。全球经济萎靡不振表明传统的生产关系已经严重阻碍了生产力的发展，变革将成为生产关系新的动力。
美国学者杰里米·里夫金在他的新书中称，互联网与新能源的结合，将会产生新一轮工业革命——这将是人类继19世纪的蒸汽机和20世纪的电气化之后的第三次“革命”。2012年以来，全球对第三次工业革命的探讨达到高潮。2012年4月21日，《经济学人》推出了“第三次工业革命”的封面文章，文童称：尽管仍有待完善，但3D打印技术市场潜力巨大，势必成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。这些突破将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，而转变为一种以3D打印机为基础的，更加灵活、所需要投入更少的生产方式，这便是第三次工业革命到来的标志。在这种势头下，传统的制造业将逐渐失去竞争力。以3D打印为代表的第三次工业革命，以数字化、人工智能化制造与新型材料的应用为标志。它的直接表现是工控计算机、工业机器人技术已进入成熟阶段，即成本明显下降，性能明显提高，工业机器人足以在很多方面替代流水线上的工人。
究竟哪种观点更为准确，目前我们还无法定论。但是，无论是里夫金主张的新能源与互联网结合，还是经济学人主张的3D打印技术，它们都有一个共同特点——都是绿色产业，都是新兴产业，他们的技术虽然目前还并不完全成熟，但是他们的市场空间非常巨大，对传统产业的改造和提升具有积极的意义和作用。
四、3D打印技术能否取代传统制造业
“3D打印要全面替代传统制造业，以后不用工厂、不用车间、不用工人，不用出门，自己就能够在家打印任何想要的东西”、“通过3D打印机可以打印自行车、飞机”，“3D打印将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，改由更加灵巧的电脑软件主宰，”……这是不少入的观点，也经常被一些媒体引用。
按照3D打印技术的原理，我们不可否认，3D打印真有那么“神”，的确可以打印出你设计出来的任何东西。但是，我们必须清楚地认识到，3D打印出来的东西不一定是我们真正所需要的“东西”。虽然，打印出来的杯子一定是杯子，不会是其他的东西；打印的飞机一定是电脑上设计好的飞机；按照你的影像打印出来的人像一定是你，不是别人，一丝头发细的皱纹都能够打印出来，而且颜色也能够做到与实物一样。可是，我们打印出来的杯子能喝水吗？飞机能够飞起来吗？自行车能够骑行吗？我们真的就可以使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具吗？
我们在高兴之余，会突然发现，原来打印出来的只是模型，大多数并不是真正的产品。即使是真实的杯子等物体，也并不意味着我们可以用来喝水。我们传统方式生产的杯子，首先要考虑材料是否环保，是否对人的身体有副作用。但是，3D打印要做到这点并不容易，一是材料还做不到，还没有办法为我们提供数目众多的，能够满足各种功能需求的材料；二是缺乏用于家庭的质量检测手段。而打印的飞机、自行车也仅仅只是一个外壳或者一个模型，电子元器件和成千上万个零部件是根本不可能一下子打印出来的。无论打印出的是飞机还是自行车，都不可能直接使用，还需要增添无数的零部件和功能件。
即使我们打印的东西满足了环保和功能要求，也不可能做到需要什么东西都靠自己打印。不同的东西需要不同的材料，每个家庭为此就要成为一家工厂，要准备几百上千种材料，这不仅占用大量的空间，还要几乎占用生活中全部的时间，以设计和打印自己所需的用品。这样的成本算下来将远远高于传统生产方式制造的产品，也并不能给生活带来乐趣。
3d美术设计范文6
3D print， is one kind of rapid prototyping technology，
it is through the digital model files as the basis， using
a variety of materials， to construct the object layer by
layer printing technique. 3D print is usually use digital
technology to achieve material-printer. Originally only was
used to manufacture the product model， after being used to
direct the manufacture and development of some products.
This technique is widely used in jewelry， gifts， industrial
design， architecture， engineering and construction （AEC），
automotive， aerospace， dental and medical industry，
education， geographic information system， civil engineering，
guns and other fields have been used.
走在繁华的都市喧嚣中，仰望城市日新月异的变化，偶有一余走进那个性十足的珠宝首饰店，欣赏着精致的设计作品；偶有一余迈入路边的3D照相馆，感受下逼真的“你”呈现在你惊讶的表情之下，你会目睹一项新的技术正在崛起――3D打印，它足以带给生活中的你一种出乎预料的震撼，让你倾听科技前进的步伐，感叹人类想象力和创造力的伟大。
其实提到3D打印，作为当今世界的热门话题，想必大多数人都不会陌生，作为一种新的技术，已经初步运用在珠宝首饰，汽车，航空航天，牙科，医疗教育等不同领域。
3D打印技术的起源
3 D打印技术的核心制造思想最早起源于美国。早在1 8 9 2年，J.E.Blanther在其专利中曾建议用分层制造法构成地形图。1902年，Carlo Baese的专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。1904年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘结成三维地形图的方法。20世纪50年代之后，出现了上百个有关3D打印的专利。80年代后期，3D打印技术有了根本性的发展，出现的专利更多，仅在1986-1998年间注册的美国专利就有24个。1986年Hull发明了光固化成型（SLA，Stereolithography Appearance），1988年Feygin发明了分层实体制造，1989年Deckard发明了粉末激光烧结技术（SLS，Selective LaserSintering），1992年Crump发明了熔融沉积制造技术（FDM，FusedDeposition Modeling），1993年Sachs在麻省理工大学发明了3D打印技术。
随着各类3D打印专利技术的不断发明，其相应的生产设备也被相继研发而出。1988年，美国的3D Systems公司根据Hull的专利，生产出了第一台现代3D打印设备――SLA-250（光固化成型机），开创了3D打印技术发展的新纪元。在此后的十年中，3D打印技术蓬勃发展，涌现出了十余种新工艺及相应的3D打印设备。
3D打印的原理
将一项设计物品转化为3D数据，然后根据这些数据进行逐层分切打印。说得简单一点，3D打印是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印则是一片一片地打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。只是3D打印机使用的打印材料是特制的粉末而非普通的墨粉或墨汁。这些粉末在打印过程中会被一种特制”胶水”逐层黏合、固化，并不断叠加，最终形成一个完整的立体物品。
3D打印在珠宝首饰领域的应用
3D打印技术的运用无疑给珠宝首饰领域带来了新的机遇和新的发展空间，它改变了原有的设计方式和后期生产加工方式，完善了传统手工艺与现代技艺相结合的生产模式，给珠宝首饰行业注入了一股新的活力。
设计师创意发挥的新天地
设计师传统的设计方式一般需要画一张画稿，由制作师来按照设计师的要求完成作品，作品多少受制作师技艺，制造工艺，概念沟通等因素影响而有所偏差，而3D打印技术通过设计师脑海的3D画面转换成电脑的3D模型，不再受制于传统的制造技术，可以实现更为复杂的设计。例如复杂的树枝缠绕，岩石不规则形态和孔洞，皮肤纹理等概念产生的作品。在越来越追求个性化、定制化的都市时尚产业，3D技术无疑使得设计师更容易满足消费者的个性需求，并且通过这些需求的反馈，直接在电脑中的3D模型进行一些改变，更贴合消费者的意愿。
制作方式“非同凡响”
看到不断敲打金属表面，焊接的画面，知道首饰制作师又开工了，而3D打印的产生使得“制作师们”坐在了电脑面前，通过专业的软件进行珠宝首饰的绘制，省去人工起版的环节，镶嵌首饰的镶口大小可在电脑文件中自由更改，而免掉了以往不同大小镶口需要重新起版的麻烦。还能弥补传统工艺在制作规则，对称，重复纹样等样式上的不足。
技术与艺术的“双重奏”
通过3D打印出来的样板，让产品在制作效率、精度、美观性上有很大的提升，看到精致无比的打印样板，感受到技术给珠宝业带来的惊喜，使设计师的设计理念和艺术性表现得更为完美。
在2 0 1 3 上海首饰新锐设计大赛上， 针对“ 摺” 这一设计主题， 我的一款设计就运用到了3 D 打印技术， 设计作品《Cleopatra’s EYES》――通过三角对称的奇特形式，立体炫丽颜色和内壁精致的古埃及壁画浮雕，形成一种时间和空间维度，暖色系（热情，张扬）与冷色系（隽秀，冷艳）之间的强烈对比，呈现出超凡脱俗的个性魅力。
