5.2.1　创新背景介绍

3D打印被称为“具有工业革命意义的制造技术”。它以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。

如图5-14所示，3D打印与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以生产最终成品不同，它是将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料进行处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造过程的复杂度，具有极高冷却速率、近终成型和无尺寸限制等优势。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、庞大的机床及众多的人力，可以直接从计算机图形数据生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

3D打印是增材制造（Additive Manufacturing，AM）的主要实现形式。“增材制造”有别于传统的“去除型”传统数控制造。传统数控制造是在原材料基础上使用车铣刨磨等方法，去除多余部分后得到所需的零部件，再拼装、焊接成最终产品。而“增材制造”无需原坯和模具即可直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，由此简化了产品的制造流程，缩短了产品的研制周期，在提高效率的同时降低了成本。

图5-14　3D打印的优势

目前常见的快速成型技术包括熔融沉积成型、光固化快速成型、选择性激光烧结和叠层实体制造等技术。美国是全球3D打印技术及其应用的领导者，其消费者电子协会发布的年度报告显示，3D打印服务的社会需求量将逐年增长。同时，3D打印技术在我国也掀起了一股技术创新热潮，中国物联网校企联盟将其称作“20世纪的思想，20世纪的技术，21世纪的市场”，传统制造业已经开始接受增材制造创新理念的洗礼。

然而，以3D打印为主的增材制造技术正处于技术成长期，缺乏统一的标准制订机构，以3D打印机为主的技术发明与创新集中于开源的设计、硬件配置以及软件实现等领域。因此，全面系统地提高3D打印技术创新水平，将3D打印技术的研发与推广应用提升至行业领先地位，使其成为未来工业化的重要力量是我国3D打印技术研究的当务之急，这对提升行业领域技术创新水平具有重要意义。