3D打印的智能制造蓝图
经过向传统工厂进行科学普及和理论基础支撑，将3D打印设备免费送给工厂使用，通过中枢技术管理，使用设备厂商的原材料，赋予每台设备物联网的概念，闲置设备有效调用、酌情下发订单、科学安排生产、物流就近取货、自动汇总分发、就近交货。这种“化零为整”的方式极大地提高了生产效率，节约了劳动时间，可谓真正实现工业革命!
3D打印，也称为增材制造，具有缩短制造时间、降低生产成本、制造更为复杂零件、个性化需求制造等突出优势，被视为第三次工业革命重大标志。作为战略性的新兴产业正在快速改变传统的制造方式。随着《中国制造2025》、《国家增材制造产业发展推进计划》等政策的相继颁布，我国也将发展3D打印上升到国家战略的高度，促进我国从制造大国向制造强国的转变。
但是，当前3D打印技术受制于速度和性能等问题无法完全满足工业领域批量化、规模化的应用需求，限制了该技术普及应用。在中国，有这样一家起源于工艺美术的科技企业，正在悄悄在成为3D打印产业领域的独角兽。2017年12月14日，中关村东升科技园凯莱酒店，和着舒缓的背景音乐，我与北京清锋时代科技有限公司的CEO姚志锋先生进行了长达三个小时的咖啡清谈3D打印……
从清华大学到3D打印
姚总是湖南郴州人，2007年考入清华美院雕塑系。从功课层面而言研究了四年人体造型，边工边读边创业是他在清华大学读书时期的真实状态。上大学期间，要经常跑到校外的公司参与创业项目，毕业论文内容设计也是在毕业导师再三催促中灵感闪现的，浓缩着自我的毕业雕塑作品“脑残的青春”，历经三个通宵的修改最终通过。脑残的青春饱含他的状态感知。虽然脑残是每个人的青春属性，但当时他的感知或许比别人更加强烈。
他的求学故事也算励志佳话。因对计算机的兴趣爱好，在高一就以差班生的名义如愿进入了学校的信息奥赛班，持续两三年的电脑编程学习，与队友们获得了各类比赛名次。 从高三那年突发奇想要考清华，到临阵磨枪速学美术，并一举通过专业课考试;从因英语的落后，三度参加高考，均无缘清华，到在社会闯荡三个月后，在别人异样的眼光中，又踏进中学大门参加第四次高考，终于如愿以偿。他的身心都得到磨练。用他的话说“第四年，我很平静，平静的周围的人都以为我疯了”。新东方创始人俞敏洪也是三度参加高考，实现北大梦。姚志锋四度参加高考，实现清华梦。执着是否能成为二人异曲同工之处?
清华美院雕塑专业每年在数万能人中只招15人，以培养大师精英式教育为宗旨。因考学和从小的特殊经历，在大学期间姚志锋对同学们经常说的一句话就是不要等到毕业再去适应社会，于是便在大学期间开始谋生创业，想把复读的时间追赶回来。当时正值北京奥运会周期，各项体育项目如火如荼开展。那时他和创业团队跟风组织了体育类项目，其中，被骗过、坑过、踩过。记忆犹新的是策划鸟巢举行的中国足球嘉年华活动，仅当时的志愿者就招募了300多人。庞大的工作量，繁琐的工作细节，给他后来创业提供了宝贵的经验。
作为雕塑专业出身的艺术家，在种种的职业尝试和选择中，孜孜以求地寻找出路。偶然一次，他承接了北京某航空航天博物馆的浮雕设计制作业务，为了精简复杂的技术工作，团队开始琢磨如何用雕刻机代替手工，这是他染指3D打印技术的契机和开始。最后，他发现3D打印行业是最能与艺术紧密相连，恰巧发挥了专业的特长，于是沉浸在该领域至今。
这个时间段正好是2011年。
国内外调研，3D打印就是制造
1986年，Charles W. Hull(3D system 公司创始人)发明了第一台工业的3D打印机。设备利用紫外激光，对液态树脂进行逐点扫描，使被扫描的树脂薄层产生聚合反应，由点逐渐形成线，最终形成零件的整体模型。从全球范围而言， 2011年，3D打印产品更多地进入大家的视野。 2014年11月末，3D打印技术被《时代》周刊评为2014年25项年度最佳发明。
时至今日，越来越多的3D技术应用于医疗、航天、汽车等领域。生活中也随处可见一些定制化的3D打印糖果等。
当他刚接触这个行业时，他查阅了这个领域的很多资料，到国外调研并找来艰涩的专业论文研读，即觉得神奇又觉得很恐慌和敬畏。自主研发设备时，为了蹭清华的实验室和设备等免费资源，把工作室从顺义搬到了五道口。
各种尝试，有的错了，有的对了，最终，他发现其实3D打印本身就是制造。
谈及创业的艰辛，姚总坦言最痛苦的是那种独自摸索的孤独感和寻找合伙人的漫漫过程。创业，人是最重要的因素。而新行业，新领域，志同道合的人更少。他频频参加各类活动，多认识一些同业中人。一年之内，吸引了行业中不同背景的专业人员陆续加入，工艺设计流线外观加之绿色环保新材料制作，便是他们对自己产品未来的定义。
从此，他在学院路租了个小房子作为工作室，方便合伙人联合办公相互切磋，加班加点是家常便饭，经过数月的“泡面生活”，他们终于攻克3D打印的“老大难”速度问题，比当时市场主流3D打印机速度提高了近100倍。2016年12月的一个凌晨，他手捧刚打好的样品，竟象当年拿到清华录取通知书时一样平静，好像早已知道结果就应如此。然而，当他走在凌晨二点多钟寒冷空旷的大街上，回想机器完工停止的那一刻，热血沸腾地真想振臂高喊!
紧接着开始的融资
论及行业的国外技术，美国仍然占据领先地位，carbon 3D时而会在科学杂志发表文章，更是在全球申请发明专利，给行业人为地竖起了一道道不可逾越的墙。姚总和所有的合伙人决心跨过种种障碍和壁垒，甚至探索能够支持更多体系的材料技术。现在他们也已经申请多项核心专利。就纯粹技术角度而，可以在行业间进行PK的，是支持各种材料的种类包括自由基和阳离子，這是3D打印项目的核心价值，正是这些新材料才能实现把工艺变成产品的制造。
在产业扩张方面，清锋科技在北京、宁波和台北同时布局。宁波是全球最大的模具注塑机设备的生产基地，中国第一家2025智能制造示范城市，是材料研发与科研集中的地方。尤其高分子材料是3D打印行业的最为重要的基础原材料。通过参加系列创新创业的比赛，清锋科技获得了宁波政府500万元的基金扶持和奖励。
台北与日本的制造的研发体系有些相似，一位合伙人率队做设备工艺流程的研发。北京仍然是重中之重，这里有各行各业的人才，包括但不限于软件、平台研发、系统工程、设备、软件、材料、光学、热变型、机械、电子等综合性工业领域。姚总悄悄透露公司已经获得北极光和元始资本数千万元天使投资，。中关村东升科技园区成熟现代的配套吸引着他，园区更多的人文关怀也让他决定将企业总部迁到东升科技园，他爽朗地说要充分享受这里如沐春风的园区多重服务及活跃的创业创新的氛围。
陪同采访的中关村东升科技园产业服务体系中品牌营销咨询公司三符咨询同事表示，园区要当企业的保护膜，给园区企业提供安全的、稳定的、随需而给的服务。企业只要心无旁鹜地搞科研。清锋科技就是其中受益者，园区成立专项基金已跟投。清锋科技人员与园区一期300多家企业，万余名科技从业者在这里，享受着工作、生活融合在一起的幸福生活。
物联网概念下的按需订制与柔性生产
虽然已经研发出国内领先的3D打印技术，但是他们并不以卖设备为商业模式。
因家族关系，他本人对中国制造业知之甚多，亦研判得知中国工业的痛点所在。智能制造是未来的方向，3D打印技术不仅在很大程度上实现行业替代和原材料节约，而且效率可提高在10%以上。例如，全国注塑业每年有数万亿元的工业产值，大部分产品的成本、模具、人工，单价远远高于他们新研制的3D打印机打印出来的产品单价。
姚总兴奋的描绘着未来的商业场景：经过向传统工厂进行科学普及和理论基础支撑，将3D打印设备免费送给工厂使用，通过中枢技术管理，使用设备厂商的原材料，赋予每台设备物联网的概念，闲置设备有效调用、酌情下发订单、科学安排生产、物流就近取货、自动汇总分发、就近交貨。这种“化零为整”的方式极大地提高了生产效率，节约了劳动时间，可谓真正实现工业革命!之前有国外相关专家提出的无人工厂观点，现竟然通过自己的创业公司得以实现：无人工厂，远程控制的精准布局，全局监测的工业4.0概念。这些发现和新的进步让他倍感激动和欣喜。
复合性很高的高分子领域有很宽的拓展面，零部件几分钟就可以做出来，如果技术普及到了超级工厂、理顺了原材料上游资源、稳定了下游的物流协作、把最先进的设备最广泛地免费推广出去，客户端与平台系统无缝对接，那么，富士康这种拥有几十万员工的劳动力密集而资产过重的企业，该当如何?
未来，做以技术梳理产业的平台
设计固重要，关键是落地。
3D打印的按需订制，曾经有国外媒体报道过容易打印出来危险的器械，所以，技术的快速发展对监管提出了同步的要求，比如用大数据监测危险信号，以杜绝“糖衣炮弹”的可能。如何避免诸如此类的事情发生，就需从源端进行侦测，所以公司从2013年开始持探讨这些与监管相应的流程，开始思考担纲社会责任。
目前，物联网甚至互联网还不能完全统筹规划传统的制造业，这是整个产业的痛点。中国是工业大国，传统的制造方法和艺术不改变就解决不了瓶颈问题。而3D打印梳理工业生产的思路一旦成功，物流行业会得到根本改观，迂回和浪费就会从源头上得到充分的解决，因为平台的系统安排可以实现区域制造，复杂的事情经过统筹和大数据分析就会简单化处理。阿里淘宝天猫的逻辑是给按照客户需要给工厂下订单，姚总则认为未来的工业化核心是idea，是避免积压的以需求定制产量的差异化个性化产品生产。举例说明，阿迪达斯生产某款鞋子，鞋底的蜂窝、透气与弹性、与脚型符合的程度等等之于运动员要求很高，3D打印就可以做到完全按照个性化要求进行订制化生产，没准儿，很快的未来就可以普及生产订制化的鞋子，在鞋店等半小时甚至10分钟就可以穿上专门量脚订制的鞋子。
鞋子合不合适，只有脚知道。
不久的将来，3D打印将打印出最合适最舒适的鞋子，以此类推，以至无穷。
科学教育是责任也是市场
再次谈及商业模式和3D打印设备免费赠送工厂、生产的流水形成的强关系与造血功能、剩余劳动利用和价值产生，在新技术梳理之下就会形成良性循环的生态系统。大家可能会问你是2C的、还是2B的市场，但姚总的理念认为他们全新的平台未来应当是2A的，A是ALL是所有和最原始的东西，因为3D打印这个特殊行业既可以2C也可以2B。如影视中的道具造型，随着影视播出系统的高清升级，越来越要求剧中道具更加真实，制造更要精细化。产品设计、3D打印、上色等艺术加工，世界上独一无二的剑。现在公司已有成熟合作
人的创造力需要引导和激发，3D打印也是教育的工具，现在北京很多学校都有3D打印机。姚总说20年之后未来的样子就是现在小孩子未来20年的样子，教育是公司的未来市场。现在的孩子在这么小开始学习3D打印技术，他们长大了做的事情也是我们现在所想象不到的，未来的企业应当是更具有技术含量和社会价值及社会责任的企业。
最后，大家意犹未尽地谈笑说3D打印没准儿会打印出什么惊世作品。姚总会心一笑，打开手机里的一张照片，介绍说是前年国家领导人访美时，微软赠送的船只模型“柳林海号”。货轮模型就是经由他手设计并打印出来的。是否说明中国的3D打印技术以及未来的智能制造蓝图从那时已萌发。
文章落笔之时，得到喜讯，清锋科技凭借智能智造技术及革新营销思维，从1000余个创业项目中脱颖而出，荣获2017年第五届“东升杯”国际创业大赛特等奖，获得100万元的创业大奖奖励。同时，园区内新扩的办公室也将投入使用。
清锋科技的春风悄然来至，中国的3D打印的智能制造蓝图也已拉开帷幕。
作者：张闻素
【摘要】本文对现代绿色制造和3D打印制造作了简要的浅述，主要是引起大家的关注。在现代制造技术中，我们要对AMT引起足够的重视，在能源和环境出现危机时，国人更应重视绿色制造;对于3D打印制造，笔者认为它是未来制造业的制高点，涉及到军事、经济、工业等多个领域;是实现中国梦的超时代技术。
【关键词】先进制造(AMT) 绿色制造 3D打印制造
1.现代先进制造和绿色制造
现代制造技术是指制造业不断吸收机械工程技术、电子信息技术(包括微电子、光电子、计算机软硬件、现代通信技术)、自动化技术生产设备、材料、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理和售后服务以及对报废产品的回收处理这样一个制造全过程;实现优质、高效、低耗、清洁和灵活生产，提高对动态、多变市场的适应能力和竞争能力、并取得理想的技术经济效果的制造技术的总称。
1.1先进制造技术(AMT)
先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology)，英文缩写为AMT。1993年，美国政府批准了由联邦科学、工程与技术协调委员会(FCCSET)主持实施的先进制造技术计划(Advanced Manufacturing Technology-AMT)计划。AMT是美国根据本国制造业面临的挑战和机遇，为增强制造业的竞争力和促进国家经济增长，首先提出的概念。此后，欧洲各国、日本以及亚洲新兴工业化国家如韩国等也相继作出响应。
人们往往用AMT来概括微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化的新型系统。具体地说，AMT就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。 AMT主体技术包括两个基本部分：
1.1.1面向制造的设计技术群
面向制造的设计技术群系指用于生产准备(制造准备)的工具群和技术群。现代设计技术是指以电子产品质量、性能、寿命、成本和价格的综合效益最优为目的，以电子设计自动化技术为手段，以电子技术理论知识和工艺实践为依托，以现代设计技术与方法为基础，又好又快地满足人类社会各领域对电子产品和系统需求而进行设计所采用的各种技术的总和。这里特别一提的是可制造性设计，可制造性设计(DESIGN FORMANUFACTURAB
ILITY)亦被各方称为协同式或同时性工程(concurrent or simultaneous engineering)或是可生产性或生产线之设计(design for productivity or assembly)——相较于由研发工程师建立自己的设计原型(prototype)，然后在未经前线生产工人的意见下将之送到生产部门组装线上的传统制造方式来说享有非常大的优势。另一方面，一个可制造性团队的成员包括设计者、制造工程师：行销代表、财务经理、研发人员、原料供应商及其他计划利益相关者(包括客户在内)。因为包含来自各方人士，因此也有助于加速计划的完成并且可以避免传统生产方式会碰到的延迟。DFM它主要是研究产品本身的物理特征与制造系统各部分之间的相互关系，并把它用于产品設计中，以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化，使之更规范，以便降低成本，缩短生产时间，提高产品可制造性和工作效率。它的核心是在不影响产品功能的前提下，从产品的初步规划到产品的投入生产的整个设计过程进行参与，使之标准化、简单化，让设计利于生产及使用。减少整个产品的制造成本(特别是元器件和加工工艺方面)。减化工艺流程，选择高通过率的工艺，标准元器件，选择减少模具及工具的复杂性及其成本。
1.1.2面向制造工艺技术群
制造工艺技术群是指用于物质产品(物理实体产品)生产的过程及设备。例如，模塑成形、铸造、冲压、磨削等。随着高新技术的不断渗入，传统的制造工艺和装备正在产生质的变化。制造工艺技术群是有关加工和装配的技术，也是制造技术或称生产技术的传统领域。
传统制造技术一般仅指加工制造的工艺方法，实际上只是制造全过程中的一部分;而现代电子制造技术贯穿了从市场预测、产品设计、物流、坐产管理、制造装配、质量保证、市场销售、售后服务、报废处理直至回收再利用等全过程，使整个制造过程成为集市场、产品、制造、环保为一体的大系统。一个产品的导入、一个项目的实施，工程技术只是系统内需要考虑的一部分，而成本效益、社会效益、环境影响、生态平衡等都是需要综合考虑、统筹兼顾的重要内容。基于此，从事电子制造的工程技术人员，特别是较高层次的设计管理人员，应该具有开阔的视野、系统化思维和协同管理能力，从而使制造系统运行更优化，组织管理模式科学化，制造过程绿色化，使经济效益与社会效益协调统一。
传统制造技术的专业、学科单一、界限分明;而先进电子制造技术的专业、学科之间不断渗透、交叉、融合，有些界限逐渐淡化甚至消失。这使现代电子制造技术趋于系统化、集成化，并已发展成为以机、光、电为基础，信息和材料学科为支撑，集生物、管理、艺术和人文等学科技术于一体的新兴交叉的现代高科技。例如采用多学科仿真技术，可以计算并模拟出雷达天线和波导的构形对微波信号的影响情况;采用优化技术，可以在保证微波信号满足要求的同时，得到最优的天线和波导构形;采用快速原型制造技术，可以自动而迅速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或实际零件，从而对产品设计进行快速评价、测试、改进，以响应市场需求。实际上，许多优秀的有竞争力的电子产品的实现过程都是现代机械工程、CAD、数控、激光以及材料等技术的交叉与优化集成的成果。迄今为止，基本没有学校能够设置知识面如此宽的学科专业，也很少有一个人能全面具备如此众多的专业能力，现代电子制造除了需要对基础知识的融会贯通和灵活应用，更强调的是团队精神和协调合作。
1.2绿色化制造
“绿色制造”(green manufacturing)是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、运输、使用到报废的整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，使资源利用率最高、能源消耗最低。由于电子制造业发展速度越来越快，规模越来越大，废弃电子产品越来越多，对环境影响面越来越大，因此在电子制造过程中强调绿色化越来越追切。以欧盟RoHS为起点，WEEE、EuP和REACH等法令相继推出，在全世界掀起绿色制造的浪潮。
1.2.1绿色设计
传统的产品设计，通常主要考虑的是产品的基本属性，如功能、质量、寿命、成本等，很少考虑环境属性。按这种方式生产出来的产品，在其使用寿命结束后，回收利用率低，资源浪费严重，毒性物质严重污染生态环境，形成一个“从摇篮到坟墓”的过程。绿色设计的基本思想就是要在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响达到最小。从这一点来说，绿色设计是从可持续发展的高度审视产品的整个生命周期，强调在产品开发阶段按照全生命周期的观点进行系统性的分析与评价，消除潜在的、对环境的负面影响，力求形成“从摇篮到再现”的过程。绿色设计主要可以通过生命周期设计、并行设计、模块化设计等几种方法来实现。
1.2.2绿色材料选择
绿色产品首先要求构成产品的材料具有绿色特性，即在产品的整个生命周期内，这类材料应有利于降低能耗，环境负荷最小。具体地说，在绿色设计时，材料选择应从以下几方面来考虑。(1)减少所用材料种类。使用较少的材料种类，不仅可以简化产品结构，便于零件的生产、管理和材料的标识、分类，而且在相同的产品数量下，可以得到更多的某种回收材料。(2)选用可回收或再生材料使用可回收材料不仅可以减少资源的消耗，还可以减少原材料。在提炼加工过程中对环境的污染。宝马(BMW)公司生产的Z1型汽车，其车身全部由塑料制成，可在20分钟内从金属底盘上拆除。车上的门、保险杠和前、后、侧面的操纵板都由通用公司生产的可回收利用的热塑性塑料制成。(3)选用能自然降解的材料。福州塑料科学技术研究所与福建省测试技术研究所已成功研制出由可控光塑料复合添加剂生产的一种新型塑料薄膜。这种薄膜在使用后的一定时间内即可降解成碎片，溶解在土壤中被微生物吃掉，从而起到净化环境的作用。(4)选用无毒材料。在汽车和电子工业中，最常用的是含铅和锡的焊料。但是铅的毒性极大，所以近年来，已经在油漆、汽油和其他诸多产品中限制或禁止使用它。
1.2.3清洁生产
相对于真正的清洁生产技术而言，这里所提到的清洁生产仅仅指生产加工过程。在这一环节，要想为绿色制造做出贡献，需从绿色制造工艺技术、绿色制造工艺设备与装备等人手。在实质性的机械加工中，在铸造、锻造冲压、焊接、热处理、表面保护等过程中都可以实行绿色制造工艺。具体可以从以下几方面入手：改进工艺，提高产品合格率;采用合理工艺，简化产品加工流程，减少加工工序，谋求生产过程的废料最少化，避免不安全因素;减少产品生产过程中的污染物排放，如减少切削液的使用等。目前多通过干式切削技术来实现这一目标。
1.2.4绿色包装和处理技术
绿色包装是指采用對环境和人体无污染，可回收重用或可再生的包装材料及其制品的包装。首先必须尽可能简化产品包装，避免过度包装;使包装可以多次重复使用或便于回收，且不会产生二次污染。如在摩托罗拉的标准包装盒项目方面，其做法是缩小包装盒尺寸，提高包装盒利用率，并采用再生纸浆内包装取代原木浆，进而提高经济效益。在传统的观念中，产品寿命结束后，就再也没有使用价值了。在绿色制造中，通过绿色处理技术，如果将废弃的产品中有用的部分再合理地利用起来，既能节约资源，又可有效的保护环境，这也正是有些文献中所提到的绿色产品的可回收性及可拆卸性设计问题。如此一来，整个制造过程也会形成一个闭环的系统，最能有效减轻对环境的危害，这也正是与传统制造过程开环特性最不同的一点。
1.2.5绿色制造全球化
绿色制造的全球化特征体现在许多方面，例如：(1)制造业对环境的影响往往是超越空间的，人类需要团结起来，保护我们共同拥有的唯一的地球。(2)ISO14000系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠定了很好的基础，但一些标准尚需进一步完善，许多标准还有待于研究和制定。(3)随着近年来全球化市场的形成，绿色产品的市场竞争将是全球化的。(4)近年来许多国家要求进口产品要进行绿色性认定，要有“绿色标志”。特别是有些国家以保护本国环境为由，制定了极为苛刻的产品环境指标来限制国际产品进入本国市场，即设置“绿色贸易壁垒”。绿色制造将为我国企业提高产品绿色性提供技术手段，从而为我国企业消除国际贸易壁垒进入国际市场提供有力的支撑。这也从另外一个角度说明了全球化的特点。绿色制造的研究和实施需要全社会的共同努力和参与，以建立绿色制造所必需的社会支撑系统。无论是绿色制造涉及的立法和行政规定以及需要制定的经济政策，还是绿色制造所需要建立的企业、产品、用户三者之间新型的集成关系，均是十分复杂的问题，其中又包含大量的相关技术问题，均有待于深入研究，以形成绿色制造所需要的社会支撑系统。这些也是绿色制造今后研究内容的重要组成部分。
总之，AMT创新应关注下一代智能制造单元与设备; 适用于快速而有效地设计新产品、工艺、设备及企业集成化设计工具; 确保企业能广泛了解和应用先进制造技术而进行的基础设施建设。
在绿色制造方面，无铅化首当其冲，但迄今尚未找到理想的解决方案;“无卤”又掀起波澜。绿色化是人类文明进步的标志，也是人类科学发展之路的必然归宿。
2.超时代的3D打印制造技术
3D打印制造是制造模式的一次“革命”。3D打印作为一种新的加工工艺，将改变第二次工业革命产生的以装配生产线为代表的大规模生产方式，使产品生产向个性化、定制化转变，实现生产方式的根本变革。3D打印机的推广应用将减少产品推向市场的时间，产品用户只要简单下载设计图在数小时内通过3D打印将产品“打印”出来，从而不需要大规模生产线，不需要库存大量的零部件，不需要大量的工人。
2.1 3D打印技术
3D打印机诞生于20世纪80年代中期，是由美国科学家最早发明的。3D打印机是指利用3D打印技术生产出真实三维物体的一种设备，其基本原理是利用特殊的耗材(胶水、树脂或粉末等)按照由电脑预先设计好的三维立体模型，通过黏结剂的沉积将每层粉末黏结成型，最终打印出3D实体。3D打印过程可分为两步，首先在需要成型的区域喷洒特殊的胶水，然后均匀喷洒粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，没有胶水的区域仍保持松散状态，重复这一过程直到实体模型被“打印”成型。由于其分层加工的过程与喷墨打印机十分相似，所以被称为“打印技术”。3D打印技术是实现加式制造的一种方式。加式制造的主要特征就是利用逐层增加材料的方式生产各种产品，无须模具，因此也被称为无形制造技术(Freeform Fabrication，简称FF或FFF)。现代加式制造技术直接起步于1968年Swainson的专利、1972年Ciraud的专利和1979年Housholder的专利，分别开创了激光三维聚合成型、直接粉末沉积和粉末激光烧结等加式制造技术。一般认为，1972年德国人Ciraud提出的利用激光能量光束进行粉末沉积，实现分层叠加成型的技术，是世界上第一个成功的现代加式制造过程。从上世纪80年代起，各种各样的加式制造技术大量出现，并在许多领域里进行了创造性的应用，形成今天的加式制造，特别是3D打印技术的新局面。
2.2 3D打印技术的未来
未来5-10年，随着技术的不断进步及市场需求的扩大，3D打印机将呈现三个方面的发展趋势：一是3D打印速度和效率将不断提升。随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用，打印速度和效率有望获得更大提升;二是3D打印材料更加多样化。随着先进材料的不断发展，智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物材料等将成为3D打印材料;三是3D打印机价格大幅下降。一些较小规模的3D打印机制造商已经开始推出一万美元以下的3D打印机。随着技术进步及推广应用，3D打印机的价格有望大幅下降。四是3D打印机应用领域更加广泛。3D打印机诞生后，早期主要用于航空航天、机械、医疗、建筑等行业的模型制作。随着其进一步走向成熟，3D打印机已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件、皮肤、骨骼等活体组织。专家预计，在不久的将来，从鞋、眼镜到厨房用具、汽车等各种产品都可以用3D打印机生产出来。3D打印技术是一种新兴的高科技技术，综合应用了CAD/CAM技術、激光技术、光化学以及材料科学等诸多方面的技术和知识，3D打印技术的不断成熟将推动包括新材料技术、智能制造技术和堆积制造技术实现大的飞跃。
先进制造技术是面向全球竞争的，目前每一国家都处于全球化市场中。一个国家的先进制造技术是支持该国制造业在全球范围市场的竞争力。因此，先进制造技术的主体应具有世界水平。但是，每个国家的国情也将影响到从现有的制造技术水平向先进制造技术的过渡战略和措施。我国正在以前所未有的速度进入全球化的国际市场，开发和应用适合国情的先进制造技术和3D打印制造势在必行。
参考文献：
[1]郭福等编著.电子组装技术与材料.科学出版社.北京.2011-08.
[2]王广春，赵国群.编著快速成型与快速模具制造技术及其应用[M].北京机械工业出版社.2004.
[3]黄兵.三维打印支撑材料及成形工艺的研究[D].华中科技大学.2009年.
作者：胡晓明
摘要：本文对现代绿色制造和3D打印制造作了简要的浅述，主要是引起大家的關注。在现代制造技术中，我们要对AMT引起足够的重视，在能源和环境出现危机时，国人更应重视绿色制造；对于3D打印制造，笔者认为它是未来制造业的制高点，涉及到军事、经济、工业等多个领域；是实现中国梦的超时代技术。
关键词：先进制造（AMT）；绿色制造；3D打印制造
Key words： advanced manufacturing technology； green manufacturing；3D print manufacturing.
1 现代先进制造和绿色制造
现代制造技术是指制造业不断吸收机械工程技术、电子信息技术（包括微电子、光电子、计算机软硬件、现代通信技术）、自动化技术生产设备、材料、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理和售后服务以及对报废产品的回收处理这样一个制造全过程；实现优质、高效、低耗、清洁和灵活生产，提高对动态、多变市场的适应能力和竞争能力、并取得理想的技术经济效果的制造技术的总称。
1.1 先进制造技术（AMT）。
先进制造技术（Advanced Manufacturing Technology），英文缩写为AMT。1993年，美国政府批准了由联邦科学、工程与技术协调委员会（FCCSET）主持实施的先进制造技术计划（Advanced Manufacturing Technology-AMT）计划。AMT是美国根据本国制造业面临的挑战和机遇，为增强制造业的竞争力和促进国家经济增长，首先提出的概念。此后，欧洲各国、日本以及亚洲新兴工业化国家如韩国等也相继作出响应。
人们往往用AMT来概括微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化的新型系统。具体地说，AMT就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。 AMT主体技术包括两个基本部分：
1.1.1 面向制造的设计技术群。
面向制造的设计技术群系指用于生产准备（制造准备）的工具群和技术群。现代设计技术是指以电子产品质量、性能、寿命、成本和价格的综合效益最优为目的，以电子设计自动化技术为手段，以电子技术理论知识和工艺实践为依托，以现代设计技术与方法为基础，又好又快地满足人类社会各领域对电子产品和系统需求而进行设计所采用的各种技术的总和。这里特别一提的是可制造性设计，可制造性设计（DESIGN FORMANUFACTURABILITY）亦被各方称为协同式或同时性工程（concurrent or simultaneous engineering）或是可生产性或生产线之设计（design for productivity or assembly）--相较于由研发工程师建立自己的设计原型（prototype），然后在未经前线生产工人的意见下将之送到生产部门组装线上的传统制造方式来说享有非常大的优势。另一方面，一个可制造性团队的成员包括设计者、制造工程师：行销代表、财务经理、研发人员、原料供应商及其他计划利益相关者（包括客户在内）。因为包含来自各方人士，因此也有助于加速计划的完成并且可以避免传统生产方式会碰到的延迟。DFM它主要是研究产品本身的物理特征与制造系统各部分之间的相互关系，并把它用于产品设计中，以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化，使之更规范，以便降低成本，缩短生产时间，提高产品可制造性和工作效率。它的核心是在不影响产品功能的前提下，从产品的初步规划到产品的投入生产的整个设计过程进行参与，使之标准化、简单化，让设计利于生产及使用。减少整个产品的制造成本（特别是元器件和加工工艺方面）。减化工艺流程，选择高通过率的工艺，标准元器件，选择减少模具及工具的复杂性及其成本。
1.1.2 面向制造工艺技术群。
制造工艺技术群是指用于物质产品（物理实体产品）生产的过程及设备。例如，模塑成形、铸造、冲压、磨削等。随着高新技术的不断渗入，传统的制造工艺和装备正在产生质的变化。制造工艺技术群是有关加工和装配的技术，也是制造技术或称生产技术的传统领域。
传统制造技术一般仅指加工制造的工艺方法，实际上只是制造全过程中的一部分；而现代电子制造技术贯穿了从市场预测、产品设计、物流、坐产管理、制造装配、质量保证、市场销售、售后服务、报废处理直至回收再利用等全过程，使整个制造过程成为集市场、产品、制造、环保为一体的大系统。一个产品的导入、一个项目的实施，工程技术只是系统内需要考虑的一部分，而成本效益、社会效益、环境影响、生态平衡等都是需要综合考虑、统筹兼顾的重要内容。基于此，从事电子制造的工程技术人员，特别是较高层次的设计管理人员，应该具有开阔的视野、系统化思维和协同管理能力，从而使制造系统运行更优化，组织管理模式科学化，制造过程绿色化，使经济效益与社会效益协调统一。
传统制造技术的专业、学科单一、界限分明；而先进电子制造技术的专业、学科之间不断渗透、交叉、融合，有些界限逐渐淡化甚至消失。这使现代电子制造技术趋于系统化、集成化，并已发展成为以机、光、电为基础，信息和材料学科为支撑，集生物、管理、艺术和人文等学科技术于一体的新兴交叉的现代高科技。例如采用多学科仿真技术，可以计算并模拟出雷达天线和波导的构形对微波信号的影响情况；采用优化技术，可以在保证微波信号满足要求的同时，得到最优的天线和波导构形；采用快速原型制造技術，可以自动而迅速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或实际零件，从而对产品设计进行快速评价、测试、改进，以响应市场需求。实际上，许多优秀的有竞争力的电子产品的实现过程都是现代机械工程、CAD、数控、激光以及材料等技术的交叉与优化集成的成果。迄今为止，基本没有学校能够设置知识面如此宽的学科专业，也很少有一个人能全面具备如此众多的专业能力，现代电子制造除了需要对基础知识的融会贯通和灵活应用，更强调的是团队精神和协调合作。
1.2 绿色化制造。
"绿色制造"（green manufacturing）是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、运输、使用到报废的整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，使资源利用率最高、能源消耗最低。由于电子制造业发展速度越来越。陕，规模越来越大，废弃电子产品越来越多，对环境影响面越来越大，因此在电子制造过程中强调绿色化越来越追切。以欧盟RoHS为起点，WEEE、EuP和REACH等法令相继推出，在全世界掀起绿色制造的浪潮。
1.2.1 绿色设计。
传统的产品设计，通常主要考虑的是产品的基本属性，如功能、质量、寿命、成本等，很少考虑环境属性。按这种方式生产出来的产品，在其使用寿命结束后，回收利用率低，资源浪费严重，毒性物质严重污染生态环境，形成一个"从摇篮到坟墓"的过程。绿色设计的基本思想就是要在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响达到最小。从这一点来说，绿色设计是从可持续发展的高度审视产品的整个生命周期，强调在产品开发阶段按照全生命周期的观点进行系统性的分析与评价，消除潜在的、对环境的负面影响，力求形成"从摇篮到再现"的过程。其与传统设计的主要区别如表1所示。绿色设计主要可以通过生命周期设计、并行设计、模块化设计等几种方法来实现。
1.2.2 绿色材料选择。
绿色产品首先要求构成产品的材料具有绿色特性，即在产品的整个生命周期内，这类材料应有利于降低能耗，环境负荷最小。具体地说，在绿色设计时，材料选择应从以下几方面来考虑。（1）减少所用材料种类使用较少的材料种类，不仅可以简化产品结构，便于零件的生产、管理和材料的标识、分类，而且在相同的产品数量下，可以得到更多的某种回收材料。（2）选用可回收或再生材料使用可回收材料不仅可以减少资源的消耗，还可以减少原材料在提炼加工过程中对环境的污染。宝马（BMW）公司生产的z1型汽车，其车身全部由塑料制成，可在2O分钟内从金属底盘上拆除。车上的门、保险杠和前、后、侧面的操纵板都由通用公司生产的可回收利用的热塑性塑料制成。（3）选用能自然降解的材料福州塑料科学技术研究所与福建省测试技术研究所已成功研制出由可控光塑料复合添加剂生产的一种新型塑料薄膜。这种薄膜在使用后的一定时间内即可降解成碎片，溶解在土壤中被微生物吃掉，从而起到净化环境的作用。（4）选用无毒材料在汽车和电子工业中，最常用的是含铅和锡的焊料。但是铅的毒性极大，所以近年来，已经在油漆、汽油和其他诸多产品中限制或禁止使用它。
1.2.3 清洁生产。
相对于真正的清洁生产技术而言，这里所提到的清洁生产仅仅指生产加工过程。在这一环节，要想为绿色制造做出贡献，需从绿色制造工艺技术、绿色制造工艺设备与装备等人手。在实质性的机械加工中，在铸造、锻造冲压、焊接、热处理、表面保护等过程中都可以实行绿色制造工艺。具体可以从以下几方面人手：改进工艺，提高产品合格率；采用合理工艺，简化产品加工流程，减少加工工序，谋求生产过程的废料最少化，避免不安全因素；减少产品生产过程中的污染物排放，如减少切削液的使用等。目前多通过干式切削技术来实现这一目标。
1.2.4 绿色包装和处理技术。
绿色包装是指采用对环境和人体无污染，可回收重用或可再生的包装材料及其制品的包装。首先必须尽可能简化产品包装，避免过度包装；使包装可以多次重复使用或便于回收，且不会产生二次污染。如在摩托罗拉的标准包装盒项目方面，其做法是缩小包装盒尺寸，提高包装盒利用率，并采用再生纸浆内包装取代原木浆，进而提高经济效益。在传统的观念中，产品寿命结束后，就再也没有使用价值了。在绿色制造中，通过绿色处理技术，如果将废弃的产品中有用的部分再合理地利用起来，既能节约资源，又可有效的保护环境，这也正是有些文献中所提到的绿色产品的可回收性及可拆卸性设计问题儿。如此一来，整个制造过程也会形成一个闭环的系统.最能有效减轻对环境的危害，这也正是与传统制造过程开环特性最不同的一点。
1.2.5 绿色制造全球化。
绿色制造的全球化特征体现在许多方面，例如：（1） 制造业对环境的影响往往是超越空间的，人类需要团结起来，保护我们共同拥有的唯一的地球。（2） ISO14000系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠定了很好的基础，但一些标准尚需进一步完 善，许多标准还有待于研究和制定。 （3） 随着近年来全球化市场的形成，绿色产品的市场竞争将是全球化的。（4） 近年来许多国家要求进口产品要进行绿色性认定，要有"绿色标志"。特别是有些国家以保护本国环境为 由，制定了极为苛刻的产品环境指标来限制国际产品进入本国市场，即设置"绿色贸易壁垒"。绿色制造将为我国 企业提高产品绿色性提供技术手段，从而为我国企业消除国际贸易壁垒进入国际市场提供有力的支撑。这也从另外 一个角度说明了全球化的特点。 绿色制造的研究和实施需要全社会的共同努力和参与，以建立绿色制造所必需的社会支撑系统。无论是绿色制造涉及的立法和行政规定以及需要制定的经济政策，还是绿色制造所需要建立的企业、产品、用户三者之间新型的集成关系，均是十分复杂的问题，其中又包含大量的相关技术问题，均有待于深入研究，以形成綠色制造所需要的社会支撑系统。这些也是绿色制造今后研究内容的重要组成部分。
总之，AMT创新应关注下一代智能制造单元与设备； 适用于快速而有效地设计新产品、工艺、设备及企业集成化设计工具； 确保企业能广泛了解和应用先进制造技术而进行的基础设施建设。
在绿色制造方面，无铅化首当其冲，但迄今尚未找到理想的解决方案；"无卤"又掀起波澜。绿色化是人类文明进步的标志，也是人类科学发展之路的必然归宿。
2 超时代的3D打印制造技术
3D打印制造是制造模式的一次"革命"。3D打印作为一种新的加工工艺，将改变第二次工业革命产生的以装配生产线为代表的大规模生产方式，使产品生产向个性化、定制化转变，实现生产方式的根本变革。3D打印机的推广应用将减少产品推向市场的时间，产品用户只要简单
下载设计图在数小时内通过3D打印将产品"打印"出来，从而不需要大规模生产线，不需要库存大量的零部件，不需要大量的工人。
2.1 3D打印技术。
3D打印机诞生于20世纪80年代中期，是由美国科学家最早发明的。3D打印机是指利用3D打印技术生产出真实三维物体的一种设备，其基本原理是利用特殊的耗材（胶水、树脂或粉末等）按照由电脑预先设计好的三维立体模型，通过黏结剂的沉积将每层粉末黏结成型，最终打印出3D实体。3D打印过程可分为两步，首先在需要成型的区域喷洒特殊的胶水，然后均匀喷洒粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，没有胶水的区域仍保持松散状态，重复这一过程直到实体模型被"打印"成型。由于其分层加工的过程与喷墨打印机十分相似，所以被称为"打印技术"。3D打印技术是实现加式制造的一种方式。加式制造的主要特征就是利用逐层增加材料的方式生产各种产品，无须模具，因此也被称为无形制造技术（Freeform Fabrication，简称FF或FFF）。现代加式制造技术直接起步于1968年Swainson的专利、1972年Ciraud的专利和1979年Housholder的专利，分别开创了激光三维聚合成型、直接粉末沉积和粉末激光烧结等加式制造技术。一般认为，1972年德国人Ciraud提出的利用激光能量光束进行粉末沉积，实现分层叠加成型的技术，是世界上第一个成功的现代加式制造过程。从上世纪80年代起，各种各样的加式制造技术大量出现，并在许多领域里进行了创造性的应用，形成今天的加式制造，特别是3D打印技术的新局面。
2.2 3D打印技术的未来。
未来5-10年，随着技术的不断进步及市场需求的扩大，3D打印机将呈现三个方面的发展趋势：一是3D打印速度和效率将不断提升。随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用，打印速度和效率有望获得更大提升；二是3D打印材料更加多样化。随着先进材料的不断发展，智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物材料等将成为3D打印材料；三是3D打印机价格大幅下降。一些较小规模的3D打印机制造商已经开始推出一万美元以下的3D打印机。随着技术进步及推广应用，3D打印机的价格有望大幅下降。四是3D打印机应用领域更加广泛。3D打印机诞生后，早期主要用于航空航天、机械、医疗、建筑等行业的模型制作。随着其进一步走向成熟，3D打印机已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件、皮肤、骨骼等活体组织。专家预计，在不久的将来，从鞋、眼镜到厨房用具、汽车等各种产品都可以用3D打印机生产出来。3D打印技术是一种新兴的高科技技术，综合应用了CAD/CAM技术、激光技术、光化学以及材料科学等诸多方面的技术和知识，3D打印技术的不断成熟将推动包括新材料技术、智能制造技术和堆积制造技术实现大的飞跃。
先进制造技术是面向全球竞争的，目前每一国家都处于全球化市场中。一个国家的先进制造技术是支持该国制造业在全球范围市场的竞争力。因此，先进制造技术的主体应具有世界水平。但是，每个国家的国情也将影响到从现有的制造技术水平向先进制造技术的过渡战略和措施。我国正在以前所未有的速度进入全球化的国际市场，开发和应用适合国情的先进制造技术和3D打印制造势在必行。
参考文献
[1] 郭福等编著.电子组装技术与材料.科学出版社.北京.2011-08.
[2] 王广春，赵国群编著快速成型与快速模具制造技术及其应用[M].北京机械工业出版社2004 .
[3] 黄兵.三维打印支撑材料及成形工艺的研究[D]；华中科技大学；2009年.
作者：胡晓明
3D打印与智能制造
——中国工程院院士卢秉恒答本报记者问
来源：学习时报
作者：石伟 李红
2016-04-14 编者按：总书记强调：“我们必须增强忧患意识，敏锐把握世界科技创新发展趋势，紧紧抓住和用好新一轮科技革命和产业变革的机遇。”当前，以信息技术与制造技术深度融合为特征的智能制造模式，正在引发整个制造业的深刻变革。作为制造业有代表性的颠覆性技术，3D打印正逐步成为世界各国抢占未来产业制高点的焦点领域。要推动中国制造由大变强，实现向智能制造转型，必须了解认知3D打印和智能制造。为此，我们专门采访了中国工程院院士卢秉恒。
记者：卢院士，您好。作为我国机械制造与自动化领域的著名科学家，您在国内倡导并开拓了3D打印等先进制造技术的研究。能否请您给我们介绍一下，什么是3D打印?
卢秉恒：从制造方式上看，制造技术可以分为三类。一种是等材制造，铸、锻、焊在制造过程中重量基本不变，已经有3000年历史了。一种是减材制造，车铣刨磨机床通过材料的切削去除，达到设计形状，已有300年的历史。还有一种是增材制造，在制造过程中材料一点一点地累加，形成需要的形状，才30年的历史。
3D打印就是增材制造技术，原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片，然后把打印材料按切片图形逐层叠加，最终堆积成完整的物体。
3D打印是一项颠覆性的创新技术，被美国自然科学基金会称为20世纪最重要的制造技术创新。麦卡锡报告列出了对人类生活有颠覆性影响的12项技术，3D 打印排在第九位，在新材料和页岩气之前。麦卡锡报告预测在2030年3D打印将在全世界达到1万亿美元左右的效益。2015年麦卡锡报告又将这一进程前移，认为增材制造2020年可达到5500亿美元的效益。
记者：您刚才说3D打印是一项颠覆性的创新技术，那么它与传统制造技术相比具有什么样的特点和优势呢?
卢秉恒：3D打印的特点和优势很多。
3D打印应用非常广泛。3D打印可以打印许多材料、任意复杂形状、任意批量，可以应用于各工业和生活领域，可以在车间、办公室及家里实现制造。在理论上，3D打印无处不在，无所不能。但许多材料的打印、工艺的成熟度、打印成本、效率等尚不尽如人意，需要多学科交叉的创新研究，使之更好、更快、更廉价。
3D打印支持产品快速开发。3D打印可以制造形状复杂的零件，所想即所得。直接由设计数据驱动，不需要传统制造必须的工装夹具模具制造等生产准备，编程简单。在产品创新设计与设计验证中，特别方便，可以使产品开发周期与费用至少降低为一半。3D打印已经成为机电产品和装备快速开发的利器。
3D打印是节材制造技术。航空航天等大型复杂结构件，传统上往往采用切削加工，95%~97%的昂贵材料被切除。相比而言，3D打印仅在需要的地方堆积材料，材料利用率接近100%。3D打印大大节约了材料和制造成本。在航空航天装备研发及制造中有极其重要的价值。
3D打印是个性化制造技术。3D打印可以快速、低成本实现单件制造，使单件制造的成本接近批量制造。因此，3D打印特别适合个性化医疗和高端医疗器械，如人工骨、手术模型、骨科导航模板等。3D打印还是再制造技术，可以用于修复磨损零部件的再制造，如飞机发动机叶片、轧钢机轧辊等。它可以以极少的代价，获得超值。所以，3D打印应用在军械、远洋轮、海洋钻井平台乃至空间站的现场制造上，都具有特殊的优势。
3D打印开拓创新设计的新空间。3D 打印可以制造传统制造技术无法实现的结构，为设计创新提供了非常大的创新空间。可以将数十个、数百个甚至更多的零件组装的产品一体化一次制造出来，大大简化了制造工序，节约了制造和装配成本。以3D打印新工艺的视角对产品、装备再设计，可能是3D打印为制造业带来的最大效益所在。值得注意的是，近两年，3D打印已经显现出颠覆性变革。如GE公司做的飞机发动机的喷嘴，把20个零件做成了一个零件，成本材料大幅度减少，还节省燃油15%。这是一代发动机的概念。过去，每开发一代发动机要上亿欧元，现在一个喷嘴就解决了。美国3D打印的概念飞机，重量可以减轻65%。
3D打印引领生产模式变革。以后，3D打印可能成为可穿戴电子、家居用品、文化产业、服装设计等行业的个性化定制生产模式。一些专家甚至认为，3D打印等数字化设计制造将引领生产从大批量制造走向个性化定制的第三次工业革命。
3D打印是创客最欢迎的工具。GE公司在网上发布了一条消息，挑战3D打印，将飞机的一个零部件让创客设计。第一名只用了原始结构的1/6的重量就完成了全部测试，而设计者是19岁的年轻人。3D打印展现了全民创新的通途。另外，互联网+3D打印的制造模式也很值得关注：通过收集大众的个性化需求，由创客完成设计，设计方案由3D打印件进行验证，再由虚拟制造组织生产，由物联网来配送。美国众创公司有15000名访客、6000名创客。亚马逊利用网络销售3D打印商品，营业额已达数十亿美元，利润30%。今后，对于我国而言，互联网+3D打印很可能是推动大众创业、万众创新的亮点。
3D打印有利于创材和创生。在创材方面，3D打印制造出了耐温3315℃的高温合金，用于龙飞船2号，大幅度增强了飞船推力。利用3D打印高能束的集中能量，以3D打印设备作为材料基因组计划的研制验证平台，可以开发出超高强度、超高韧性、超高耐温、超高耐磨的各种优秀材料，增材制造变成为创材技术。在创生方面，3D打印应用于组织支架制造、细胞打印等领域，实现了生物活性器官的制造，一定意义上在创造生命。3D打印可以为生命科学研究和人类健康服务。
我刚才所讲的3D打印支持产品快速开发、制造节材、个性化制造以及再制造等方面，目前已经进入应用。今后，研究的重点是建立各类标准，使其能更广泛地应用，发挥更大的效益。
3D打印开拓创新设计的新空间、引领生产模式变革方面，是现在和将来都要持续、深入研究的重要方向。在今后的5—15年中，它将会带来重要效益。在引起制造业逐渐量变的同时，近一半的产品将实现个性定制化生产。
3D打印的创材与创生方面，则更将为未来材料科学和技术、生命科学和医疗技术带来巨大颠覆性变革。
记者：当前，世界各国都非常重视3D打印，我国在这方面的研究也有较好的基础。能否请您介绍一下我国3D打印技术目前的发展状况?
卢秉恒：你说的没错。3D打印的科研方面，我国的研究起步并不晚，20世纪90年代初期，清华大学、西安交通大学、华中科技大学就开始了研究，“九五” 期间，已经基本掌握了当时的几种主流技术，掌握了其制造工艺和软硬件控制技术，开发了这些技术装备，开展了推广应用。90年代末，北京航空航天大学、西北工业大学等单位开始了金属材料增材制造研究，可以制造与锻件性能媲美的大型构件。目前我国依靠自己开发的大型金属3D打印设备，在飞机大型承力件应用方面处于国际领先，在军机、大飞机研发中，充当了急救队的作用。而且，钛合金大型结构件已经率先应用于飞机起落架及C919的研发中。可以说，目前中国在3D 打印方面的研究已处于国际前列，如论文和申请专利的数量处于世界第二。
在应用方面，我国工业级设备装机量居全世界第四，但金属打印的商业化设备还比较薄弱，主要还依靠进口。非金属工业型打印机，我国60%以上立足国内。小型FDM打印机，已批量出口，销量跻身世界前列。但国产工业级装备的关键器件，如激光器、光学振镜、动态聚焦镜、打印头等还主要依靠进口。工业级3D打印材料的研究刚刚起步，除了个别研发能力强的公司研发了少量材料外，3D打印的材料基本依靠进口。
从产业发展看，我们发展得还是太慢。美国有两家最大的3D打印公司，2015年达到近10亿美元的规模。而我们企业基本是校办企业起家，最多1个多亿人民币产值。现在进口设备大举“进攻”中国市场。金属打印装备，国外则实行材料、软件、设备、工艺一体化捆绑销售。我们必须研发核心技术与原创技术，打造自己的创新链与产业链。现在国内已经有若干3D打印公司上市，科技开始与资金结合，这是一个良好的开端。
当前，3D打印技术正处于一个技术的井喷期、产业的起步期、企业的“跑马圈地”期。我们应该抓紧标准的研究，3D打印的数据标准可能影响到装备和应用两个方面，对此我们应该掌握话语权。在航空件和高端医疗器械方面，要积极研究面对3D打印个性化制造产品准入的标准，以利于新技术的应用。要加强基础研究，发展原创技术，在3D打印的新材料研发、显著提升打印件的质量和打印效率等方面实现创新;建立创新体系，为企业提供核心技术和共性技术;攻克关键核心器件，打造产业链;引导金融资本，助推3D打印企业做大做强，形成若干个具备国际竞争规模的企业。
记者：以3D打印为代表的制造业先进技术，正在推动我国制造业由大变强，向智能制造转型。请问您怎么看待我国的智能制造?对于我国制造业的发展，您有什么建议?
卢秉恒：比较中、德、美三国，德国的工业优势在于质量过硬、基础雄厚、工艺严谨;美国的优势在于：社会创新、高科技优势、集全球资源与精英;而我们中国的重要优势是：一个比较完整的工业体系、内需市场巨大、人力资源丰富。
面对我们存在的阶段性差距，需要工业2.0、3.0的补课(质量优先、机器人和高档数控机床等自动化技术)的同时，发展工业4.0。因此需要追赶与跨越并举;必须发挥政府科学而有力的调控作用，汇集有限的社会资源，做好协同创新。
我们巨大的市场需求，必须保护，充分利用，以引导和支持我们的装备制造。一个领域的需求，就可以带动一个装备领域的发展。如航空航天、汽车领域对高档数控机床的需求。我们如何通过大飞机、两机专项及军工技术改造的机遇，拉动我国的机床工业，同时形成高端装备的雄厚发展基础?建议项目采购采取信息安全的一票否决制。各项计划、各个行业的互动协同发展，是我们大国制造应该认真思考的问题。
我国可以参考德国、美国两国路径，探索适用我国国情及能实现中国制造2025任务的道路。建设一批能协同社会创新资源，为产业提供核心技术与共性技术的创新中心。避免科技资源的浪费和低水平的重复研究。
在产学研协同方面，应该正确理解企业为主体。企业要成为投资研发、应用成果、集成成果的主体。产学研形成长效合作机制，把科研机构、人员与企业创新的积极性调动和发挥出来。在全社会的协同机制方面，加强科技计划协同，按技术成熟度，各部委分工协作，各计划形成接力。国家科研计划应以标准、基础研究为先，重视产业化共性技术，以创新思想、发明专利为评审依据。
在金融与科技、产业的协同方面，改善制造业的资金环境。如何引导金融资金更多更快地流向实体经济、流向有潜力的先进制造业，加强资金对创新的支持力度，让创新力量及时得到资金支持，这是中国制造2025能否顺利实施的重要关键问题。
在人才协同方面，建立正确的学科评估标准，引导创新与工程能力培养。倡导科研人员的论文更多地写在产品上，写在装备上。中国制造2025还需要培养一批工业4.0时代的企业家和科技领军人，既精通制造工艺，又具有互联网思维，能充分利用社会创新资源。创新型社会还需要一大批创客、极客，需要马斯克式的人物，有浓厚的科学兴趣和强烈的创新欲。
中国制造2025的主攻方向和带动性技术是发展智能制造。智能制造主要是工业互联网和底层智能化两部分。
在工业互联网方面，要形成一个万众创客网、CAD/CAE/CAM数字化制造服务网、3D打印、性能测试服务网，由众包完成产品的开发和数字化制造。用工业互联网构成一个高技术的服务业，构建新机制的创新体系，驱动知识信息的流动。企业的资源是有限的。我们用互联网把全国的、全社会的乃至全球的人才、资源都集中到一块，达到社会资源的优化组合，这就是智能制造的精华。走出工厂的围墙。让知识流动起来，补足中国制造业开发能力弱的短板。这就是互联网带动制造业发展的真谛，最大的效益所在。
在底层智能化方面，主要是机器人、智能制造装备和3D打印。机器人是提高生产柔性、提高效率、降低成本的工具。智能机床的关键就是信息获取、工艺优化软件加上过程的质量控制。智能机床能够监控加工的状态并对被加工件所达到的精度做出判断和控制。它能成倍地提高加工质量和加工效率。数字化设计和3D打印中，设计是形成产品创新价值的关键。高端服务业提供设计工具、设计师和产品结构的CAE分析，而3D打印是验证设计的快速手段。3D打印可以使产品开发周期与费用降低到1/3-1/5，3D打印支持定制化生产模式。尤其重要的是，3D打印使设计师摆脱了许多可制造性的约束，极大地释放了设计创新空间，如果说机器人是今天的技术，那么3D打印是更加深刻影响今天和明天、乃至后天的技术。
互联网+先进制造业+现代服务业，可以成就制造业美好的未来，制造业可能的前景是：一半以上的制造为个性化及定制，一半以上的价值由创新设计体现，一半以上的企业业务由众包完成，一半以上的创新研发为极客创客实现。
当前，3D打印技术做为第三次工业革命的核心技术，在机械制造、建筑工程、文化创意等诸多产业领域得到广泛重视与应用。为满足这些产业对未来相关技术技能型人才的需求与储备，我们首先推出以跨学科、跨专业为特点的
“
3D
打
印
与
快
速
制
造
实
训
工
作
站
”
。
该实训工作站是在研究了多个专业的现有课程基础上，创新设计的综合性跨学科教学实训平台。平台内容包括硬件基础环境、软件支撑环境、教学平台管理系统等模块，以及教学资源库、精品课程示范体系、实训工作站专业管理队伍培训方案、企业实际工作流程仿真实训方案等功能。该实训工作站可以帮助技工类院校教师通过在教学实践中引入先进的设计制造技术，从而改革和创新“设计制造一体化人才”培养方案，创新开发新的精品课程，将企业岗位实训课程前置到学校中完成，从而达到提升学生的职业竞争力和就
业
率
的
教
学
目
的
。
(一)3D打印与快速制造实训工作站的用途
该实训工作站是在北京大学中国职业研究所的指导下，依据“从工作中来，到工作中去”的教学原则和ETPO智慧型实训教学模式，定向开发的企业仿真实训教学平台。ETPO智慧型实训教学模式由职业体验认知(Occupation)——岗位技能学习(Education)——仿真案例训练(Training)——真实项目开发(Project)——模拟企业实习(Occupation)五大流程组成，形成了一个完整的从职业认知开始，经过工学一体化训练，直至进入职场就业的实训教学循环系统，该系统可以很好的帮助学生缩小自身技能和企业岗有位效需性求之、
间趣
的味
距性
离，
，提提
高高
职学
场习
竞
效
争力果
。 。 该系统可以帮助教师在仿真模拟企业环境的过程中，完成工学一体化教学实践，从而增强课程的针对性、学校可以通过这一产教融合的教学实训平台，将企业岗位实训内容前置到学校中完成，为企业降低人才培养成本的同时，大大提高学生的核心职业能力与核心职业素养，从而达到提高就业率的办学目标。
(1理念
二、设计)硬，构
实
件成
有
训工
基
作
础
站
环仿
真
五
境企
业
大模
建
块
设 程
。 硬件基础环境建设由实践体验区、教学互动区、仿真工作区、成果展示区组成，四大区域按照ETPO教学
内
在
联
系
的
工
作
流实践体验区
本区域由多种大型工业级3D打印机、3D扫描仪及相关设计分析软件组成。该区的功能是让学生通过参与工业级产品的实际生产过程，了解工业级3D打印设备的原理，构造，技术，及其在实际工作中所发挥的作用。从而
开
始
对
职
业
认
知
产
生
感
性
体
验
。
教学互动区
本区域由多点触摸互动教学系统组成。使学生通过对图像化元素的使用和数据库资源的调用，以及互动交流的方式，将自己的创意表达出来并与团队分享。该区域的功能在于通过丰富的真实案例示范教学，引导学生逐步提
升
自
主
设
计
与
创
新
制
造
能
力
。
仿真工作区
本区域仿照机械制造类专业方向的企业真实工作流程设置工作岗位：工作站指导教师模拟项目经理、运用ETPO平台的项目和实习功能对学生进行指导，并对学生任务完成状况以企业标准进行正确性校验;学生模拟企业职员，完全按照企业的真实流程仿真操作，以此将学生顶岗实习的阶段前置到学校完成。经过这种仿真流程训练的学生，到企业工作后可以立刻进入工作状态。从而提升就业竞争力。
成果展示区
以地面及墙体整体设计为空间表达，按3D打印技术和应用领域分成多个展示小区，配备多媒体展示设备。该区域的功能在于把3D打印在工业各领域中的应用以实物或多媒体的方式展示给学生，以扩大学生对技术应用的知识面和产业视野。同时也展示学生自己动手设计并打印的优秀3D作品，以提高教学的趣味性和互动性，同
时
增
强
学
生
对
职
业
的
认
同
度
与
自
豪
感
。
上述4个区域串联完成职业技能的教学内容，同时，也充分应用智慧型实训教学模式和ETPO软件平台将理论学习(Education)的教学阶段，案例教学(Training)的教学阶段，参与实训项目(Occupation)的教学阶段，以及体验企业岗位实习(Occupation)的教学阶段有机结合在一起。
2、软
件
支
撑
环
境
建
设
本工作站包含全套行业最流行的3D打印设计软件工具系统，其中包括40套欧特克公司的3D打印设计工具，以及惊蛰公司依据ETPO教学理论自主研发的配套的行业定制化教学软件工具包、3D模型处理软件，3D打印机操作软件等系列软件系统，可以充分满足教学实践的要求，保证实训工作站正常运转。
3、教学平台管理系统
提供专门开发的ETPO智慧型实训教学管理系统，是依据OETP智慧型教学模式开发的实训工作站软件平台管理系统。该系统支持OETP教学模式所包含的的职业体验认知(Occupation)——岗位技能学习(Education)——工作案例训练(Training)——真实项目开发(Project)——仿真岗位实习(Occupation)5个功能模块在实训工作站中的运转。提供从职业体验认知开始，经过实训教学训练，达到进入职场
就
业
目
标
的
循
环
实
训
系
统
。
ETPO
4、
教
学
智慧型实训教学管理系统
资
源
库
为实训工作站专门开发的教学资源库，提供包含6门课程的教学示范课程包(大纲、教材，讲义，教学案例，习题);10个企业实际项目案例库;1000道针对教学知识点和专业技能点的评测题库。该教学资源库可以支持教师完成实训工作站中各精品课程的教学。同时该教学资源库也提供了接口，可以允许教师在教学实践过程中不断添加自主创新课程、以丰富教学资源并共享给其他教师使用。
5、实训
工
作
站
专
业
师
资
队
伍
培
养
为保证实训工作站的正常运行，我中心提供完整的实训工作站管理人员培训方案，包括系列培训课程：3D打印工作站管理规章制度培训，3D打印设备及材料运营维护培训，工作站岗位设置与分工培训，OETP智慧型实训教学系统使用培训，工作站区域功能使用与综合利用培训，精品实验课程教学示范培训等。
神奇的3D打印机
【摘要】：3D打印作为当今的先进的制造技术，它的应用面相当的广泛，而且现正逐渐用于一些产品的直接制造，这意味着这项技术正在普及。本文就以3D打印为何物、3D打印的基本原理与现有技术、3D打印为什么能火、3D打印的应用及3D打印离我们生活到底有多远这几个方面来探讨3D打印
【关键词】3D打印
应用面广泛
1 引言
随着时代的进步，我们的生活水平日渐提升，同时，人口也在急剧的增长，我们需要越来越多的物品来满足物质生活条件。这就势必造成我们对物品的要求也会越来越高，做工精细、独特且非量产的物品会受广大人们的喜爱。如今，我们拥有了3D打印这一先进的技术，我们可以通过3D打印机来打印各种我们所需要的、想要的。3D打印技术应用面广，它可以用于医疗行业、科学研究、产品模型、建筑设计、制造业及食品等，前景广泛。
2 3D打印究竟为何物
3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。
3 基本原理与现有技术 3D打印机原理很简单，每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被打印成型。完成后，要处理掉物品周围沾满的粉末，这是可以循环利用的，再涂上增强硬度的胶水。
眼下3D打印机有两种类型，一种是堆叠法，一种是烧结。原理基本都是多层分片打印，而堆叠和烧结只是成型技术的区别。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质，对固化反应速度有要求，而烧结可以利用激光的高温对金属粉末进行处理加工出金属材质的东西出来，实体可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。所以3D打印机和普通打印机，最大的区别是“墨水”。
4 3D打印为何能火
在欧美，注重创造力的发达国家，3D打印技术已经成功商用，尤其是消费电子业、航空业和汽车制造业。它们不光可以离开传统的大规模机床来制造小数量的部件，而且可以用不同方法来制造，比如单个制作喷气式飞机上的空气动力导管，而不再需要很多不同的元件来组装它。
用发展的眼光来看，3D打印首先会影响的是模具行业。即便在国内制造行业不景气的今天，模具行业仍然风景独好，一方面是对技术要求高，另一方面是市场有需求，在产品大规模生产之前，必须要进行多次打样和修改。3D打印机的出现，其实是消灭了模具反复打造的流程，能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，极大地缩短产品的研制周期，大幅减少成本投入，对于一些复杂而精细的造型，3D打印机表示毫无压力。
其次是会引发个性风潮。对一些小厂家来说，迫于模具制造的高成本，往往会采用公模来生产，虽然在功能上能满足用户的需求，但千篇一律的造型，很难迎合时下个性化的发展趋势，所以卖不出高价，只能靠低价来吸引消费者。在机械化和流水线盛行的年代，人们对于手工的东西有特别的亲切感，即便价格昂贵数倍，也不愁找不到买家，原因是手工制作不可能有相同的，而且品质有保证。3D打印机的出现，一方面满足人们对个性化产品的追求欲，完全可以量身定制，另一方面在大大提高生产效率的同时，还能降低成本。
第三是激发了人的想象力。极客牙医用它进行牙齿正畸和数字化种牙，减少风险和痛苦;外科医生更厉害，直接打印骨头，只不过把材料换成添加了硅和锌磷酸钙，用于临床手术;汽车维修公司用它来打印稀缺的汽车零部件，原先要等全球物流下2个月才到的一个东西，1个小时搞定了;英国科学家还在3D打印机的基础上成功改造，使用液态巧克力作为“油墨”，可以打印各种形状的巧克力，几乎所有人都相信，3D打印机会成为食品界杀手级工具。
5 3D打印的应用
科学研究
美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型，不但保留了原化石有的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合研究。
产品模型
比如微软的3D模型打印车间，在产品设计出来之后，通过3D打印机打印出来模型，能够让设计制造部门更好的改良产品，打造出更出色的产品。
汽车制造业
不是说你的车是3D打印机打印出来的(当然或许有一天这也有可能)，而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。
建筑设计
在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。
食品产业
没错，就是“打印”食品。研究人员 已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。当然，到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。
饰品/工艺品
这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔筒，还是有你半身浮雕的手机外壳，抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指，都有可能是通过3D打印机打印出来的。甚至不用等到未来，现在就可以实现
6 3D打印离我们的生活有多远
工业用的3D打印系统价格从1.5万美元左右起，最贵的要100多万美元。但是，普通的桌面3D打印机并不像大家想象的那么昂贵。3D打印机现在来看，在欧美国家已经形成了一种潮流和噱头，多为极客和高端用户服务。美国加利福尼亚州的Legacy Effect公司，利用Objet 3D打印机为电影特效片段制造3D模型和原型，为演员量身定制可以完全适合演员的脸、颈部和头部的道具，在电影《侏罗纪公园》、《阿凡达》、《钢铁侠》以及《复仇者联盟》中都有应用。
国内目前3D打印还有待普及，一方面是应用于工业的高端型号投入较大，行业投资人比较慎重，处于观望状态，另一方面，应用普及也就是从最近才开始，用户缺乏对3D打印有一个深入的认识，由于有些新闻在描述上运用了夸张的手法，大胆的预测，所以给人的感觉是电影中的情节。
业内人士介绍，和美国相比，中国缺少DIY和创意设计的习惯，所以3D打印机的最大优势往往得不到发挥，要成为主流的生产制造技术还需要3-5年时间。此外，国外3D打印机售价过高，而且有些限制出口，国产3D打印机在精度、速度和打印的尺寸上还无法满足商用的需求，在几何图形优化、描绘和材质贴图、对切割和中空部件做打印准备、支持任意三维软件生成的数据和对超大模型的自动分段等方面还需要进一步提升。不过，随着热度的提升，这块蓝海很快就会被发现，解决只是时间问题。
7.参考文献
[1]谢 锋 , 刘正士 先进制造技术学科发展趋势分析, 2000 [2]孙大涌 ， 先进制造技术 机械工业出版社 , 19991
[3]范荣鑫 , 左继成 先进机械制造技术的发展现状和发展趋势, 2003 [4]董智勇 , 魏 庆 符合中国国情的先进制造技术研究, 2000 [5]施普尔 , 克劳舍 虚拟产品开发技术 机械工业出版社 , 2001
随着工业现代化的不断发展，传统的加工工艺已无法满足现代工业部件的加工需求，许多异形结构利用传统加工(包括五轴加工中心)很难加工或根本不能加工。随即3D打印机应运而生„„
3D打印机看似复杂，却很简单，也许你会为它神奇的能力而震撼，也许你会为它的高科技而惊呆，其实从1916年爱因斯坦提出激光原理时，已经为1986年第一台3D打印机的出现奠定了坚实的理论基础。说起3D打印机的原理其实一点也不复杂。
3D打印就是断层激光扫描烧结的逆过程，断层扫描就是把某个三位模型“切”成无数叠加的片;3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。其优势就是在于传统的加工方法是利用去除材料进行加工，而3D打印则是增加材料进行加工。这样与传统加工方式相比，3D打印机生产有材料利用率高，加工成型速度快，时间短，成型产品密度更均匀等优势，其中最大的优势在于不再受制于产品结构，只要设计师能想出的结构，3D打印机都能帮他实现。
传统的工业产品开发，往往是先开模具，然后再做手板，而运用3D打印技术，无需开模，可以把制造时间减少，费用降低，对成本更好的控制。而一些好的设计理念，无论其结构和工艺多么复杂，均可利用3D打印技术，短时间内制造出来，从而极大地促进了产品的创新设计，有效改善工业设计能力薄弱的问题。
3D打印需要依托多个学科领域的尖端技术，至少包括以下方面：
信息技术：要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并且根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向。
精密机械：3D打印以“每层的叠加”为加工方式。要生产高精度的产品，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求。
材料科学：用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。
3D打印机的应用领域及其广泛，从寻常百姓家的锅碗瓢盆，到关系到国家安全的国防事业，几乎各种领域都可以有他的身影。他的应用对象可以是任何行业，只需要这些行业提供3D数据模型或原型，3D打印机均可以加工。其中这些行业中对3D打印机需求较大的包括政府、航空航天、医疗设备、高科技研发、教育业以及制造业。
医疗行业：从2010年美国成功打印活体器官开始，似乎直接打印人体也并不是不可能，它更类似于克隆技术，他打印出来的活体器官不会与患者排斥。他还可以打印骨骼、牙齿等。我们可以预计在将来3D打印机的发展中，在医疗方面会引入一个全新的人体植入概念，让更多的患者看到希望。
产品研发：我们可以利用3D打印技术快速制造手板模型，这样不但保留原有结构的特征，同时还可以做比例缩减，缩短加工时间短，降低生产成本，减少产品改良时间，更适合产品研究开发。
建筑设计：在建筑业，工程师和设计师们已经开始使用3D打印机打印建筑模型，这种方法快速、低成本、环保，同时制作精美。完全符合设计者的要求，切有节省大量的材料和时间。
食品产业。没错，就是“打印”食品。研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。当然，到那时可能人工制作的食品会贵很多倍。
、
汽车制造业。不是说你的车是3D打印机打印出来的(当然或许有一天这也有可能)，而是说汽车行业在进行安全性测试等工作时，会将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。
配件、饰品。这是最广阔的一个市场。在未来不管是你的个性笔筒，还是有你半身浮雕的手机外壳，抑或是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指，都有可能是通过3D打印机打印出来的。甚至不用等到未来，现在就可以实现。
3D技术的国内发展现状
国内3D打印技术近几年刚开始发展，企业开始了解这种加工方式但不认可，一方面是由于企业不能摆脱传统制造业的思维方式，另一方面则是由于加工成本过高，部件不宜利用3D打印机进行批量生产。而且国内打印机的发展还有以下缺陷
1.缺乏教育培训和社会推广
目前，企业购置3D打印设备的数量非常有限，应用范围狭窄。更有一切企业根本不知道3D打印是什么样的东西。而在教育教学方面，机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中，缺乏与3D打印相关的必修环节，3D打印停留在部分学生的课外兴趣研究层面。得不到深入研究。
2.企业对技术研发投入不足
我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备，但企业规模普遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多具体环节，存在较大缺陷，难以完全满足产品制造的需求。 3.产业链缺乏统筹发展
3D打印行业的发展需要完善的供应商和服务商体系、市场平台。供应商和服务商体系中，包含工业设计机构、3D数字化技术提供商、3D打印机及耗材提供商、3D打印设备经销商、3D打印服务商。市场平台包含第三方检测验证支持、金融支持、电子商务、知识产权保护等支持。而目前国内的3D打印企业还处于“单打独斗”的初步发展阶段，产业整合度较低，主导的技术标准、开发平台尚未确立，技术研发和推广应用还处于无序状态。
而在国外特别是美国，3D打印技术要比在国内发展早，企业早已熟知这种可能对世界加工制造业带来革命的新技术。所以相较于国内，美国对3D打印技术的研发生产投资都远远胜于我国。
当前，全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮。发达国家面对近年来制造业竞争力的下降，大力倡导“再工业化、再制造化”战略，提出智能机器人(300024)、人工智能、3D打印是实现数字化制造的关键技术，并希望通过这三大数字化制造技术的突破，巩固和提升制造业的主导权，加快3D打印产业发展，可推动我国由“工业大国”向“工业强国”的转变。
3D打印的未来
英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，将“3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一”，这充分可以看出3D 打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代几乎所有的制造业。未来你想要什么，只需下载图纸，按一下„打印‟键，就可以去喝咖啡听音乐了，剩下的所有事，请统统交给打印机。
未来的3D打印我们可以做什么?也许我们的房屋不在是人工建造的而是用3D打印机打印一个，我们不会受食物的匮乏而限制，想吃什么自己打;家里的常用物品不在需要购买，需要杯子自己打印一个，可以看出，3D打印会在将来给我们带来的便捷之处。
3D打印机的未来或将无所不能，只需要一个想法，一些材料，一台3D打印机，就能将脑中的一切转变为实体
高新区3D打印技术的发展设想和对策
采取财税金融政策上积极支持、积极引导建立行业协会，鼓励研发，加强教育培训等措施，进一步促进3D打印社会化推广。
——制定数字化制造规划，促进3D产业优先发展
建议将3D打印技术定位为生产性服务业、文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。在财税金融政策上，鼓励企业投资、研发、生产和应用3D打印，支持3D打印设备的进出口。
——加强产业联盟、行业协会建设，推动3D产业协同发展
积极引导工业设计企业、3D数字化技术提供商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动3D打印技术研发和行业标准制定。促进3D打印技术发展的市场平台建设，包括3D打印电子商务平台、3D打印数据安全和产权保护机制、3D打印及周边项目投融资机制等，促进产业可持续发展。
——加大科技扶持力度，提升3D打印技术水平
设立专项基金，重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对3D打印产学研合作的支持，特别对实施产业化的企业在市场销售、社会推广上给予政策支持。
——加强教育培训，促进3D打印社会化推广
将3D打印技术纳入相关学科建设体系，培养3D打印技术人才。依靠行业协会、博览会、论坛等组织形式进行3D打印技术和周边应用的培训。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公共机构进行3D打印技术的展示、宣传和推广。发展3D打印服务中心，推广3D打印技术应用，为发展3D打印产业积累应用经验。
国内外3D打印技术的发展现状
一、“3D打印”技术
(一)基本原理。“3D打印”是通俗的叫法，学术名称为“快速原型制造 ”(Rapid Prototyping & Manufacturing)，是80年代末90年代初在美国开发兴起的一项高新制造技术。【1】“3D打印”技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的，采用材料累加的新成型原理，直接由CAD 数据打印制成三维实体模型。快速成型系统就像是一台“立体打印机”，不需要传统的刀具、机床、夹具，便可快速而精密地制造出任意复杂形状的新产品样件、模具或模型。
【2】3D打印机原理很简单，每一层的打印过程分为两步，先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散，然后再喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被打印成型。完成后，要处理掉物品周围沾满的粉末，这是可以循环利用的，再涂上增强硬度的胶水。
“3D打印机”与传统打印机最大的区别在于耗材不同——后者使用墨粉，前者使用的则是一些可以发生固化反应的材料，如树脂、塑料、陶瓷、石膏、金属等等。例如：助听器生产部门利用3D打印机扫描患者的耳朵轮廓后复制出合适的助听器。【3】汽车定制公司利用3D打印机为汽车爱好者提供专门的汽车部件。消费电子产品厂商用3D打印机来完成对产品功能的设计，以避免在大规模生产后修改设计。医生用3D打印机来制造实习模型。博物馆用3D打印机复制真品，以避免参观者损毁真品，等等。
(二)发展前景及意义
【4】工业化最大的成就是通过机械化实现了规模化大生产。而我们今天的“3D打印”技术则将规模化大生产可能演变为若干个体，打破集约化生产的传统模式。只要一台3D打印机，我们就可以在家里生产任何我们需要的东西，而且可以不断变化款式、样式。如今，新的生产方式已经发生了重大改变，传统的生产制造业将面临一次重新“洗牌”。【5】随着各种打印材料(即制造原料)的研制成功，“3D打印”技术已经可以用于生产像珠宝、玩具、工具、厨房用品、衣服之类的东西，甚至可以直接打印人体骨骼、假肢、鲜肉，进行牙齿正畸和数字化种牙，有的还打印出了汽车、飞机零部件。未来我们的模具制造行业、机床行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰出局，而取代他们的就是3D打印机。当然，这需要一个过程，10年或者20年，主要是人们适应和接受新事物的过程，也有产业自身完善成长的过程。
二、国内外“3D打印”技术及产业发展应用情况
(一)国内外产业发展情况。“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，1994年底全球已达900台，到2008年年装机总数就已经达到6000台左右，以指数曲线在上升。【6】3D打印设备应用的方式有两种：一种是大企业为自己的产品开发服务，如美国三大汽车公司、麦道、IBM、Apple、丰田等都在应用;另一种方式为大学、研究所甚至
六、七个人组织的服务机构以一台或数台成型机为中心，开展对中小企业的服务。目前，全球有两家3D打印机制造巨头，分别为Stratasys和3D System，均在美国纳斯达克上市，2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。2011年全球3D打印市场规模17.1亿美元。不过，这一数字仅占全球制造市场的0.02%。
【7】我国从1994年开始研究“3D打印”，北京隆源公司于1995年成功研发了一台AFS激光快速成型机，随后华中科技大学也研制出了SLS快速成型机。目前国内依托高校成果，对“3D打印”设备进行产业化运作的公司实体主要有：北京殷华(依托于清华大学)、陕西恒通智能机器(依托西安交通大学)、湖北滨湖机电(依托华中科技大学)。这些公司都已实现了一定程度的产业化，部分公司生产的便携式桌面3D打印机的价格已具备国际竞争力，成功进入欧美市场。另外，一些中小企业成为国外“3D打印”设备的代理商，经销全套打印设备、成型软件和特种材料。【8】还有一些中小企业购买了国内外各类“3D打印”设备，专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中，广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业，设立了“3D打印”服务中心，发挥科技人才密集的优势，向国内外客户提供服务，取得了良好的经济效益。
目前,国内的“3D打印”主要集中在家电及电子消费品、建筑、教育、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等领域。据业内人士估计,3D打印机在国内企业级装机量在400台左右,2010年以来年增速均在70%左右,市场规模超过1亿元。
三、制约我国”3D打印”技术及产业发展应用遇到的瓶颈和问题
“3D打印”技术虽然已有近20年的发展历程，但产业发展仍存在很多困难。
一是认识不足。虽然3D打印机的发展已有数十年，但是对大多数普通人来说，目前“3D打印”技术还是一个新生事物，很多企业甚至从没听说过还有这种具有“神秘功能”的机器。
二是价格不菲。目前，“3D打印”的耗材非常有限，主要是石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等，消费类的“3D打印”主要应用的材料为ABS和POA的塑料，不能完全满足工业领域的需求。【9】工业应用的“3D打印”耗材，特别是金属粉末类耗材，价格非常昂贵，这是制约国内企业使用“3D打印”技术的原因之一。比如一件飞机零部件，打印这种样品的金属粉末耗材一斤卖价4万元，3D打印样品至少要卖2万元，而如果采用传统的工艺去工厂开模打样，仅需几千元。【10】目前的3D打印机除了用来满足个人设计师和普通爱好者的个人3D打印机之外，其他的工业用3D打印机均价格不菲，每套大概需要十万美元左右，精度高的甚至达到120万美元。
三是工艺尚不完善。【11】由于“3D打印”工艺发展还不完善，特别是对快速成型软件技术的研究还不成熟，目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能满足工程直接使用，不能作为功能性部件，只能做原型使用。
四、加快我国“3D打印”技术及产业发展应用的对策
【12】发展“3D打印”产业，可以提升我国工业领域的产品开发水平，同时有助于攻克技术难关，并且容易形成新的经济增长点，促进就业。
参考文献：
[1]第三次工业革命[J].经济学人(英)，2012-4-21. [2]王雪莹.3D打印技术与产业发展的前景分析[A].中国高新技术企业，2012. [3]王红霖.3D打印技术制造业发展新趋势.新兴产业，2012. [4]同晓荣，盛仲飙.数据转换算法在喷绘机打印中的应用[J].价值工程，2011(33). [5]盛仲飙，同晓荣.BP神经网络在曲线拟合中的应用[J].科学技术与工程，2011(28). [6]任晓刚.数字签名在医院电子病历中的应用研究[J].信息技术，2013(01). [7]任晓刚，孔庆梅.后全运会时期高校体育场馆运营模式的探索研究[J].辽宁行政学院学报，2013(04). [8]付宏，任晓刚.微博传播对社会舆论扩散的影响[J].新闻战线，2013(04). [9]范新龙，张华.基于AJAX技术的监考系统的研究与实现[J].计算机应用与软件，2011(09). [10]张华，刘晓婷，贺耀祖，赵婉霞.实现精确打印方法探讨[J].价值工程，2011(36). [11]李金凤，王象刚.大学生打工利弊谈[J].科技信息(科学教研)，2007(11). [12]吕国栋，孟令文.混凝土防腐蚀技术在桥涵工程上的应用[J].中国西部科技(学术)，2007(07).
3D打印技术与应用教程考试
正在提交作业考试... 名 称 3D打印技术与应用 对应章节
成绩类型分数制 第1部分 总题数:30
1
【多选题】(5分)
哪种关系不能添加到草图的几何关系中()
A. 水平 B. 共线 C. 垂直
2
【单选题】(3分)
3D打印技术在建筑行业的应用中，目前使用最广泛的领域是()
A. 建筑材料的生产
B. 建筑装饰品和建筑模型的生产 C. 建筑机械的生产 D. 整体建筑物的建造 3
【单选题】(3分) 以下是SLA技术特有的后处理技术是()
A. 取出成型件 B. 后固化成型件 C. 去除支撑
D. 排出未固化的光敏树脂 4
【单选题】(3分)
3D打印文件的格式是什么()
A. sal B. stl C. sae D. rat
5
【单选题】(3分)
零件的第一个特征是什么特征()
A. 旋转特征 B. 拉伸特征 C. 基体特征 6
【单选题】(3分)
3D打印技术在建筑行业的应用中，目前使用最广泛的领域是()
A. 建筑装饰品和建筑模型的生产 B. 建筑材料的生产 C. 建筑机械的生产 D. 整体建筑物的建造 7
【单选题】(3分)
3DP技术使用的原材料是()
A. 金属材料 B. 粉末材料 C. 高分子材料 D. 光敏树脂
8
【单选题】(3分)
以下不是3D打印技术优点的是()
A. 产品多样化不增加成本 B. 技术要求低 C. 制造复杂物品不增加成本 D. 减少废弃副产品 9
【单选题】(3分)
以下是3DP 3D打印技术使用的原材料是()
A. 高分子材料 B. 光敏树脂 C. PLA D. 粉末材料 10
【单选题】(3分)
单击新建图标后，如何开启新的零件文件()
A. 选择一个工程图模板 B. 选择一个装配体模板 C. 选择一个零件模板 11
【单选题】(3分)
各种各样的3D打印机中，精度最高、效率最高、售价也相对最高的是()
A. 工业级3D打印机 B. 个人级3D打印机 C. 桌面级3D打印机 D. 专业级3D打印机
12
【单选题】(3分)
以下不是3D打印技术需要解决的问题是()
A. 3D打印的耗材 B. 增加产品应用领域 C. 知识产权的保护 D. 3D打印机的操作技能 13
【单选题】(3分)
3DP技术的优势不包括以下哪一项?
A. 成型速度快，成型喷头何用多个喷嘴 B. 工作过程较为清洁结
C. 无需激光器等昂贵元器件，设备造价大大降低 D. 打印过程支撑结构设计简单 14
【单选题】(3分)
如何改变草图尺寸数值()
A. 双击尺寸，在修改对话框中输入新数值 B. 删除后重新绘制
15
【单选题】(3分)
选择所需的草图基准面后，如何打开草图()
A. 在草图工具栏上双击草图图标 B. 在草图工具栏上单击草图图标 16
【单选题】(3分)
LOM打印技术的缺点不包括以下哪一项?
A. 制造中空结构件时加工困难 B. 表面质量差，制件性能不高 C. 前、后处理费时费力 D. 材料浪费严重且材料种类少
17
【单选题】(3分)
以下哪种3D打印技术在金属增材制造中使用最多?
A. SLS B. SLA C. FDM D. 3DP 18
【单选题】(3分)
SLA技术的优势不包括以下哪一项?
A. 加工速度快，产品生产周期短，无需切削工具与模具 B. 材料种类丰富，覆盖行业领域广 C. 工艺成熟稳定，已有50多年技术积累 D. 尺寸精度高，表面质量好 19
【单选题】(3分)
以下不是3D打印技术在航空航天领域的到广泛应用的原因是()
A. 生产效率更高
B. 不降低机体强度的前提下减轻飞机质量 C. 技术要求更低
D. 可生产结构更复杂的零件 20
【单选题】(3分)
以下使用激光技术最多的3D打印技术是()
A. SLA B. LOM C. 3DP D. FDM
21
【单选题】(3分)
SLS 3D打印技术后处理的关键技术不包括以下哪一项?
A. 打磨抛光 B. 熔浸 C. 热等静压烧结 D. 高温烧结 22
【单选题】(3分)
SLS技术最重要的是使用领域是()
A. 薄片材料成型 B. 树脂材料成型 C. 金属材料成型 D. 高分子材料成型 23
【单选题】(3分)
对光敏树脂的性能要求不包括以下哪一项?
A. 粘度低 B. 固化收缩小 C. 毒性小 D. 成品强度高 24
【单选题】(3分)
3D打印技术在医疗领域应用的四个层次中最高级的是()
A. 无生物相容性要求的材料
B. 具有生物相容性，且可以降解的材料
C. 金属3D打印、活性细胞、蛋白及其他细胞外基质 D. 有生物相容性，但非降解的材料 25
【单选题】(3分)
FDM技术的优点不包括以下哪一项?
A. 尺寸精度高，表面质量好
B. 原材料以卷轴丝的形式提供，易于运输和更换 C. 是最早实现的开源3D打印技术，用户普及率高 D. 原理相对简单，无需激光器等贵重元器件 26
【单选题】(3分)
以下不是3D打印原型件一般制作过程的是( ) A. 工件剥离 B. 分层叠加 C. 前处理 D. 后处理 27
【判断题】(5分) SLS工艺全称：选择性激光烧结由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。
A. 对 B. 错 28
【判断题】(5分)
SLA 技术可联机操作，可远程控制，利于生产的自动化。
A. 对 B. 错
29
【判断题】(5分)
由于 FDM 工艺不需要激光系统支持，成型材料多为 ABS、PLA 等热塑性材料，因此性价比较高，是桌面级 3D 打印机广泛采用的技术路径。
A. 错 B. 对
30
【判断题】(5分)
3DP打印快速原型的精度只由喷涂粘结时生产的零件坯的精度决定。
A. 错 B. 对
推荐阅读：
3d打印智能制造（共9篇）06-30
智能制造3d打印（推荐9篇）01-19
3d打印数字化制造趋势02-10
3D打印与逆向工程产品创新设计05-12
3D打印技术与产业的发展及前景分析09-12
基于GeomagicDesignX的产品建模研究与3D打印成型05-10
3D打印给著作权法带来的挑战与应对09-10
3d打印机的发展与现状（共9篇）12-06
