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。
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
0 前言：
“3D打印”是通俗的叫法，学术名称为“快速成型技术”，也称为“增材制造技术”。这种技术是依据物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式，制成实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而缩短产品研发周期、并缩减生产成本。3D打印是一片一片地打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。说得简单点，就是由点堆积成面，再由面堆积成实体。
3D打印的概念早在几十年前就已提出。上世纪70年代，随着3D辅助设计的兴起，设计师能在电脑软件中看到虚拟的三维物体，但要将这些物体用粘土、木头或是金属做成模型却非常不易，可以用费时费力费钱来形容。3D打印的出现，使平面变成立体的过程一下简单了很多，设计师的任何改动都可在几个小时后或一夜之间重新打印出来，而不用花上几周时间等着工厂把新模型制造出来，这样一来可以大大降低制作成本，节省产品开发成本。
1 国外3D打印发展现状
3D打印被用作《经济学人》杂志封面，主题为《看制造业新技术如何改变世界》，详细介绍了3D打印的历史和发展，可见人们对于3D打印成为一项可以改变世界的影响力日益关注。2010年8月11日，美国总统奥巴马签署了《美国制造业促进法案》，力图以此刺激本国出口并创造更多就业机会。奥巴马表示，制造业是美国经济复苏的重要动力，因此降低制造业成本、促进其就业是该法案的宗旨。而3D打印就成了其首选。2011年6月，美国总统奥巴马宣布一项新政策，并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。2012年7月17日，美国《外交政策》杂志网站发表题为《制造业的未来在美国而不在中国》，称“技术进步将使中国的制造业像过去20年里美国制造业那样迅速衰落”。
纽约另一家利用3D技术生产消费品的公司Quirky拥有20万的注册用户，他们在线搜集用户的创意，产品设计图纸，用3D打印机以最快的速度成型，再上传讨论，最终确定方案后批量生产。届时在线上和线下都会有销售，他们最成功的产品是一排可折叠的接线板，设计者常从一个创意就获得不少的收入，有的用户一年能赚几万美元。
而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。
日本一家公司甚至推出了面向个人的“Baby复原服务”：只需提供婴儿在母亲肚子里的X光照片，他们便可以复原成三维图像后，打印出一个“肚子里的婴儿”模型作为纪念。
3D打印还能实现一些传统制造方式难以实现的复杂结构。2011年巴黎春夏时装展上，荷兰时尚设计师Iris van Herpen发布了他直接用3D打印机制作的立体服装，这些超太空感的服装由锦纶打印而成。
2 国内3D打印发展现状
从“天津2012夏季达沃斯论坛”到刚刚闭幕的“浙商新动力”论坛，都不约而同地提到了“3D打印”技术。被英国《经济学人》扣上“工业革命”帽子的3D打印也因此备受关注。日前，证券时报记者通过实地采访发现，3D打印技术在国内广泛应用尚需时日。
位居杭州下沙工业区的杭州先临三维科技股份有限公司号称是国内综合实力最强的3D打印公司，可以向客户提供快速三维扫描、快速制造、快速模具、三维测绘等服务。目前，先临三维拥有十几个型号的3D打印机，掌握六种生产工艺。不过，先临三维的现有设备主要来自欧美等国制造。一台从德国EOS公司引进的设备售价近400万元人民币，它是基于高性能材料(塑料与金属)的高端3D打印机。事实上，在经过近20年的研发，国内的3D打印设备也在不断取得突破，华中科技大学史玉升教授的研究团队开发的1.2米×1.2米的“立体打印机”，是目前世界上最大成形空间的快速制造装备，远远超过国外同类装备水平，并因此获得2011年国家技术发明二等奖。
“3D打印达到了人们对其期望值的顶峰。”从事3D打印机代理生意的徐鹏认为。事实上，大众对3D打印的了解仍然十分粗浅。
通过上述比较枯燥的技术解读可以得出3D打印相比传统制造的三个优势：第一，产品制造速度快，一次性完成而非分步优化;第二，制造出的产品形状想象空间更大，可以用软件做出传统制造不方便完成的形状;第三，产品修改成本小，只需要在软件中修改部分参数就可以快速制出相对应的新版本产品。但和传统制造方法相比，3D打印因客观条件的制约也存在诸多问题，比如可打印材质范围小、打印的精度低、用于打印的耗材费用较高等。 虽然3D打印的概念开始逐渐为人所知，但就目前的实际生产成果看，仍属于自90年代就开始普及的快速成型技术，而快速成型技术早已被涉及到产品原型设计制造的企业或高校所使用。快速成型机器在国内也并不是十分新鲜的玩意，除了引进国外的机型，国内一些高校也有自己研发的机子在国内外售卖。在我国，深圳、东莞、浙江也有众多企业涉足快速成型。
当新闻开始频频出现3D打印机能够打印飞机、汽车、鲜肉、鞋子和衣服时，大家仿佛觉得这个远在天边的神器如果能够进入自己的家门，就如同自家拥有了万能工厂。以该形象露面的3D打印机代替了现实中只能生产模具的快速成型机器进入了大众心中。但被忽略的事实是，这样的事例仍只是实验性项目，有人甚至将其称为“行为艺术”。
3D打印机目前的实际使用仍属于快速成型范畴，即为企业在生产正式的产品前提供产品原型的制造，业内也将这类原型称作手板。据统计，3D打印机生产的产品中80%依旧是产品原型，仅有20%是最终产品。
使用3D打印机制作模型的优点一方面是速度快，另一方面是可制作更灵活的形状。国外知名3D打印机Stratasys系列的国内代理商徐鹏介绍，一汽、上汽、北汽和西门子都是其客户。但该类3D打印机的价格从10万元到500万元之间，高昂的机器价格和材料费让购买者更多集中于大型企业和高校。
在模型生产领域，3D打印机相比传统制造仅占很小部分。其中可打印的原材料稀少是一个严重问题。目前可利用的原材料包括光敏树脂、尼龙、石膏和金属粉末等。不同种类的3D打印机可使用的原材料不同。对于价格稍便宜的3D打印机，可打印塑料模型，但坚硬度过低，精准度不高。更多企业想要金属类模型，但这种类型的打印机价格最低也需500万元。
虽然3D打印机技术近年来已取得不小的进步，比如材料增多、打印机和原材料价格逐渐下降，但从目前看，依旧是一项年轻的技术，在没有变得更加成熟和廉价前，并不会被企业大规模采用。3D打印技术咨询师泰瑞·沃尔斯(Terry Wohlers)预计3D打印市场将在今年达到21.4亿美元，远超去年的17.1亿美元。不过，这一数字仍然仅占全球制造市场0.02%。
伴随3D打印概念的兴起，从事快速成型和3D打印业务的本土公司受到了前所未有的关注。部分企业除了代理售卖国外的3D打印机，另一部分也在提供3D打印服务。铭展科技创始人金涛在2010年从游戏模型定制转向3D打印业务，通过购买国外机器以及和国内院校合作，为工业设计、产品设计、建筑行业等提供3D打印服务，但一年的销售收入也只能达到百万元，同地一家更大规模的3D打印公司也仅有千万元规模。金涛介绍，国内纯做3D打印业务的公司不超过十家。更多公司仍集中于快速成型业务。
对于大众而言，很多人并不能分清3D打印、快速成型和传统制造之间的区别。一些国内和快速成型、激光制造有关的公司受3D打印概念的追捧，8月和9月的股价都开始大幅上扬，如光韵达的公司股票就连续两日涨停。为此，公司发出澄清公告称，自己公司的激光技术属于“减成法”工艺，不同于3D打印技术的“加成法”工艺，二者的工艺原理不一样，公司最近一年不会开展3D打印技术方面的产品和服务。近日，有关3D打印概念开始呈现回归理性趋势，大部分公司股票回落。
3 原材料——3D打印的瓶颈
几乎每一项新技术应用，都会经历很长的市场培育期。3D打印技术虽然已有近20年的发展历程，但仍存在缺陷。
耗材的局限性是3D打印不得不面对的现实。目前，3D打印的耗材非常有限，现有的市场上的耗材多为石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。如果真要“打印”房屋或汽车，光靠这些材料是远远不够的。比如最重要的金属构件，这恰恰是3D打印的软肋。
耗材的缺乏，也直接关系到3D打印的价格。黄智拿着一件3D打印品对证券时报记者说，“这是一件飞机零部件，打印这种样品的金属粉末耗材一斤就要卖4万元，所以3D打印样品至少要卖2万元。但是，如果采用传统的工艺去工厂开模打样，几千元就可以做到。”
直接面向市场的先临三维对耗材难题感受最深。因为价格的问题，他们很多客户往往望而止步，除非在需求紧急的情况下。否则，客户们还是通过传统的方式。
成型精度和质量问题，也在困扰先临三维。他们称，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。
以Stratasys公司3D打印车为例，车子固然能“打印”出来了，但是否能在路上顺利跑起来?使用寿命又有多长?从现有的技术来看，恐怕有点够呛：由于采用层层叠加的增材制造工艺，层和层之间的粘结再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，这意味着在一定外力条件下，“打印”的部件很可能会散架。
2004年成立至今，先临三维年复合增长率在100%以上。“今年，先临三维的营业收入应该会在7000万元左右。”但是，过去的高速增长主要源自基数低，而且这7000万元的收入，还包括前期的三维扫描。
4 数字化制造趋势
个人3D打印机是3D打印技术普及的助推力量。以美国Makerbot公司推出的1299美元至2700美元的3D打印机为代表，相比几万甚至几百万美元工业级3D打印机，个人3D打印机亲民的价格让更多普通爱好者有机会亲自动手做一些小玩意。自2009年公司成立，Makerbot卖出的3D打印机数已达到13000台。当然，这台设备也仅能做些玩偶模型或者浴帘环等结构简单的小东西。对于更多人而言，购买的动机也仅是试着用一用。但创作的乐趣在于激发创造力。
“我们并不是要用3D打印机打印所有的东西，数字制造时代的意义是我们可以在大规模生产和个性化生产之间进行选择。”《连线》杂志点出了3D打印机的实质。传统制造中，越复杂的产品如果需要改动的地方越多，意味着越高的成本。但在数字化制造中，这一切在改变。制作个性化的产品并不会花费更多额外的成本，让产品更多样、复杂和灵活变得简单，因为只需要改动模型参数，另一个想要的产品就会出现。
由此看来，3D打印技术某种程度上已被过度神化了。正如凯文·凯利在《科技想要什么》一书中所指出的：“新技术的首版几乎总是仅仅略微强于它想要取代的旧技术，对于新技术的将带给使用者的麻烦和未知，仅有少数热情的先驱倾向于做第一个吃螃蟹的人。” 凯文·凯利同时指出，随着创新技术的改进，新技术的益处和先进程度将被前期用户挑选出来展示给大家，同时不确定性减小，技术得以传播。“但这样的推广既不是立刻发生的，也不稳定。”
4 总结
3D打印技术的确可以改变产品的开发、生产，但赋予3D打印“第三次工业革命”有点言过其实。单件小批量、个性化、及网络社区化生产模式，决定了3D打印技术与传统的铸造建模技术，是一种相辅相成的关系。
日益受到热捧的3D打印机或许仍将享受一段时间的风光，但究竟其能否及何时真正改变我们的世界，仍是未知数。
3D打印已经成为一种潮流，并开始广泛应用在设计领域，尤其是工业设计，数码产品开模等，可以在数小时内完成一个模具的打印，节约了很多产品从开发到投入市场的时间。3D打印机可以用各种原料打印三维模型，使用3D辅助设计软件，工程师设计出一个模型或原型之后，无论设计的是一所房子还是人工心脏瓣膜，之后通过相关公司生产的3D打印机进行打印，打印的原料可以是有机或者无机的的材料，例如橡胶、塑料，不同的打印机厂商所提供的打印材质不同。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。特别是一些高价值应用(比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件。“三维打印”意味着这项技术的普及。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长，其价格也正逐年下降。该技术珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工(AEC)，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程以及其他领域都有所应用。
随着汽车、航空航天、工业和医疗保健等领域市场需求的增加，全球3D打印机的销售额将从2011年的17亿美元增长至2017年的50亿美元。消费品和电子领域是3D印刷企业最大的市场，其市场份额约为20.3%;紧随其后的是机动车(19.5%)、医疗和牙科(15.1%)领域。目前比较知名的3D打印机制造商有瑞连、3D系统、伊登普雷里、斯特塔西、帕罗奥多、惠普和奥托美克等。
目前国内3D打印在材料、设备和应用上仍有难题，成本较高，多用于实验，规模化应用尚需时日，目前我国3D打印主要应用于产品设计、快速模具制造、铸造、医学等制造领域，其中消费电子、汽车、医疗分别占20.3%、19.5%和15.1%。
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。3D打印技术经过几十年的探索与发展，目前能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。随着先进材料的不断发展，将开发出更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及其他方法难以制作的复合材料等，金属材料、直接金属成型技术将会成为今后研究与应用的新兴领域。
当前，3D打印机价格很高，大多在百万美元以上，这给其进入家庭带来了困难，但一些较小规模的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直至实现规模化生产，3D打印机的价格有望大幅下降。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，3D打印机在生产应用方面有着巨大潜力。3D打印技术在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天及医疗方面(牙科)都能得到广泛的应用。3D打印长期发展前景广阔，未来国内3D打印市场规模将达到上万亿元，但短期内由于技术、材料和成本原因难以商业化。
本研究分析报告由智鼎国研(北京)信息咨询有限公司领衔撰写，在大量周密的市场调研基础上，主要依据了国家统计局、国家商务部、国家发改委、国务院发展研究中心、中国海关总署、3D打印机行业相关协会、国内外相关刊物的基础信息以及3D打印机专业研究单位等公布和提供的大量资料，结合深入的市场调查资料，进而分析国内3D打印机行业发展走势与市场。报告针对我国3D打印机行业的市场规模与前景、从业企业以及国家相关产业政策进行了全面分析。并重点分析了我国3D打印机行业技术、应用领域的发展与现状，并对3D打印机行业投资机会与投机风险作出了分析研判，为3D打印机相关生产企业、经营企业、科研机构等企业在激烈的市场竞争中洞察先机，根据市场需求及时调整经营策略，为战略投资者选择恰当的投资时机和公司领导层做战略规划提供了准确的市场情报信息及科学的决策依据，同时对银行信贷部门也具有极大的参考意义。
【报告目录】
第一章3D打印机相关阐述16 第一节传统打印机简介16
一、打印机性能参数16
二、打印机的分类17
三、打印模式20
四、打印机语言21
五、打印机技术21
六、打印机打印技术常用工作参数30 第二节3D打印机32
一、3D打印机背景分析32
二、3D打印机特点34
三、3D打印机技术性能指标34 第三节3D打印机的用途及应用领域35
一、在工业制造领域的应用分析35
二、在文化创意、数码娱乐领域的应用分析36
三、在航空航天、国防军工领域的应用分析36
四、在生物医疗领域的应用分析36
五、在消费品领域的应用分析38
六、在建筑工程领域的应用分析38
七、在教育领域的应用分析38
八、在个性化定制领域的应用分析39 第二章中国3D打印机市场发展关键因素分析39 第一节3D打印机市场规模分析39 第二节3D打印机市场主要竞争对手构成40 第三节3D打印机市场政治、经济、法律、技术环境分析45
一、政治环境45
二、经济环境49
三、法律环境53
四、技术环境55 第四节3D打印机市场发展驱动因素分析59
一、产品优势59
二、政策扶持60
三、产业化的可能性62 第五节全球债务危机对3D打印机行业发展影响分析64
一、对3D打印机行业本身影响分析64
二、对3D打印机上下游产业影响分析65
三、对3D打印机价格影响分析66 第三章2012年世界3D打印厂商研究67 第一节3Dsystems67 (1)企业发展简况分析67 (2)企业研发实力分析67 (3)企业3D打印机产品分析67 (4)企业3D打印机产品应用分析68 (5)企业经营业绩分析68 (6)企业投资兼并分析69 (7)企业经营优劣势分析69 第二节ObjectGeometries72 第三节SOlido72 第四节ZCorporation75 第五节Stratasys79 (1)企业发展简况分析79 (2)企业研发实力分析79 (3)企业3D打印机产品分析79 (4)企业经营业绩分析81 (5)企业投资兼并分析81 (6)企业经营优劣势分析82 第六节Makerbot经营分析83 (1)企业发展简况分析83 (2)企业3D打印机产品分析83 (3)企业经营业绩分析85 (4)企业投资兼并分析85 (5)企业经营优劣势分析86 第七节Shapeways经营分析87 (1)企业发展简况分析87 (2)企业3D打印服务分析87 (3)企业经营业绩分析88 (4)企业商业模式分析88 (5)企业多轮融资分析88 (6)企业经营优劣势分析89 第四章2012年中国打印机产业整体发展态势分析90 第一节中国打印机行业发展分析90
一、中国打印机产量居世界第一90
二、中国打印机行业的市场结构解析90
三、中国专用打印机行业发展格局97
四、打印机行业进入节能环保新时代98
五、2012年打印机行业发展情况良好101 第二节2008-2012年中国打印机产量数据统计分析104
一、2008-2011年中国打印机产量数据分析104
二、2012年中国打印机产量数据分析108
三、2012年中国打印机产量增长性分析110 第五章3D打印机生产工艺及技术路径分析111 第一节3D打印机各种生产方法比较111 第二节国内外3D打印机生产工艺及技术趋势112
一、国外主流生产工艺介绍112
二、国内主流生产工艺介绍116
三、3D打印加工过程分析117
四、当前3D打印技术分析121
五、3D打印技术的突破方向分析124 第三节国内外3D打印机最新技术研发及应用情况126 第四节3D打印原材料分析129
一、目前可使用的3D打印材料分析129
二、3D打印市场扩大对材料需求的影响分析130 第六章中国3D打印机市场发展现状分析131 第一节中国3D打印机市场构成要素分析131
一、3D打印机产品购买主体构成分析131
二、3D打印机产品市场购买力分析133
三、3D打印机产品市场购买欲望分析134 第二节中国3D打印机市场主要品牌分析136
一、国外主要企业品牌分析136
二、国内主要品牌分析140 第三节2012年中国3D打印机市场运行数据分析141
一、2012年中国3D打印机市场产品销售情况分析141
1、销售总量分析141
2、主要销售区域分析142
3、市场需求特点分析143
二、2012年中国3D打印机市场产品供给情况分析145
1、国内市场供给量分析145
2、供给来源构成146
3、供需格局分析148 第七章中国3D打印机市场消费能力及未来需求规模分析148 第一节2012年中国3D打印机市场消费能力现状分析148
一、中国3D打印机产品购买要素构成分析148
二、3D打印机产品替代产品威胁分析150
三、主要消费区域消费能力对比分析150 第二节影响中国3D打印机市场消费能力主要因素分析152
一、购买者的购买目的及主要用途152
二、购买者所处的消费环境154 第三节中国3D打印机消费市场独有特征分析156 第四节中国3D打印机市场发展影响因素分析158 第五节3D打印机对我国制造业的影响160
一、3D打印机的内涵及其意义160
二、3D打印机与中国制造业161
三、对我国制造业的影响162
四、对策建议163 第八章2012年中国3D打印机市场需求特点及需求潜力分析163 第一节中国3D打印机市场主要消费统计数据定量分析163
一、总体销量数据分析163
二、分区域市场数据分析164
三、消费领域分布数据分析165 第二节3D打印机主要下游消费领域构成分析165 第九章3D打印机产品价格策略研究167 第一节估计成本167 第二节选择定价方法170 第三节竞争性调价176 第四节具体价格策略研究178 第十章国内3D打印机在建及拟建项目统计分析179 第一节入门级开源3D打印机项目技术179 第二节研发一种便携式3D打印机项目192 第三节智慧烟台投资千亿引进3D打印机等高端项目193 第四节2012-2013年我国3D打印发展项目态势195 第五节中国市场上3D打印巨头合并及其项目新态势201 第十一章3D打印机企业销售状况调查224 第一节北京殷华激光快速成形与模具技术有限公司224
一、企业发展简况分析224
二、企业研发实力分析225
三、企业3D打印产品及服务分析225
四、企业成功应用案例分析225
五、企业经营优劣势分析226
六、企业3D打印机销售情况227 第二节陕西恒通智能机器有限公司227
一、企业发展简况分析227
二、企业研发实力分析227
三、企业3D打印产品及服务分析228
四、企业成功应用案例分析228
五、企业经营优劣势分析228
六、企业最新发展动向分析229
七、企业3D打印机销售情况229 第三节武汉滨湖机电技术产业有限公司230
一、企业发展简况分析230
二、企业研发实力分析231
三、企业3D打印产品及服务分析231
四、企业经营优劣势分析232
五、企业3D打印机销售情况232 第四节南京紫金立德电子有限公司233
一、企业发展简况分析233
二、企业研发实力分析233
三、企业3D打印产品及服务分析233
四、企业成功应用案例分析233
五、企业经营优劣势分析235
六、企业最新发展动向分析235
七、企业3D打印机销售情况239 第十二章3D打印机市场推广策略研究240
一、3D打印机行业产品市场定位240
二、3D打印机行业广告推广策略244
三、3D打印机行业产品促销策略249
四、3D打印机行业招商加盟策略249
五、3D打印机行业网络推广策略254 第十三章3D打印机营销渠道建立策略256 第一节2011-2012年中国3D打印机品牌营销模式研究256
一、市场经济时代的营销模式256
二、国际市场条件下的营销模式256
三、新型营销模式总括257
1、特许经营、加盟连锁257
2、电子商务258
3、会议营销260 第二节3D打印机产品营销渠道260
一、媒体广告260
二、直效营销262
三、销售促进263
四、公关与宣传264
五、人员推销265
六、网络营销266 第三节中国3D打印机营销渠道建立策略267
一、广告策略267
二、渠道策略267
三、价格策略267 第十四章3D打印机市场客户群研究与渠道匹配分析271 第一节专买店实地调查271
一、渠道特点271
二、销售状况271
三、消费人群271
四、销售策略271 第二节购物中心----专柜275
一、渠道特点275
二、销售状况275
三、消费人群276
四、销售策略276 第三节连锁超市----专柜281
一、渠道特点281
二、销售状况282
三、消费人群282
四、销售策略283 第四节网络营销模式—网店287
一、渠道特点287
二、销售状况292
三、消费人群292
四、销售策略292 第十五章2013-2018年中国3D打印机市场前景预测分析294 第一节国内3D打印机技术发展现状与问题294
一、国内3D打印机技术发展现状294
二、国内3D打印机技术发展问题295 第二节我国3D打印机从“神器”到家用制造设备的距离296 第三节3D打印机行业发展趋势预测298
一、3D打印机将全面革新现实298
二、2017年全球3D打印机市场将增至50亿美元304
三、3D打印机行业发展趋势304 第四节中国国3D打印机行业发展前景预测305
二、3D打印孕育无限未来305
三、3D打印机的变革力量308
四、3D打印机发展前景310 【图表目录】
图表：国际上主要3D打印机厂商42 图表：2009-2011年我国GDP增幅走势图49 图表：中国能效标识93 图表：富士施乐智能眼、智能节电和快速启动三位一体95 图表：重视环保打印，行动刻不容缓98 图表：参与调查者对于打印机环保重要性的看法99 图表：参与调查者对于打印机是否环保的分辨情况99 图表：2008-2009年中国打印机产量走势图104 图表：2009年中国打印机产量统计表(分省市)105 图表：2010年1-12月中国打印机产量分省市排行统计表106 图表：2012年1-12月中国打印机分省市产量数据表108 图表：国际上主要3D打印机厂商138 图表：2009-2012年中国3D打印机销售总量141 图表：2012年中国3D打印机销量区域分布142 图表：2009-2012年中国3D打印机供给量145 图表：2012年我国3D打印机供给来源构成146 图表：2009-2012年中国3D打印机销售总量163 图表：2012年中国3D打印机销量区域分布164 图表：2012年我国3D打印机消费领域分布数据165 图表：入门级开源3D打印机项目技术简图179 图表：主板芯片Arduino182 图表：Arduino主板最新版本的电路原理图184 图表：Arduino步进电机控制板184 图表：Arduino步进电机驱动板最新版本的电路原理图185 图表：Arduino3D打印机打印头控制板186 图表：Arduino3D打印机打印头驱动板最新版本的电路原理图186 图表：Arduino3D打印机机械结构187 图表：Arduino3D打印机部件罗列见下图189 图表：3D打印机打印机软件界面截图190 图表：3D数据与打印结果的展示图191 图表：2011-2012年北京殷华激光快速成型与模具技术有限公司3D打印机销售状况227 图表：2011-2012年陕西恒通智能机器有限公司3D打印机销售状况229 图表：2011-2012年武汉滨湖机电技术产业有限公司3D打印机销售状况232 图表：2011-2012年南京紫金立德电子有限公司3D打印机销售状况239 图表：网络营销推拉战略266 图表：2008-2011年全球消费电子各细分产品产量规模309
实验名称：3D打印 实验设备:Robo 3D 一实验目的
了解3D打印机原理，能简单操作3D打印机打印模型。 二实验原理 原理技术
3D打印技术，是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。3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产。我们用的是堆积法堆积方法：就是用塑料融化后，通过机器喷头挤出丝，让挤出的丝一层一层的叠加，最终达到成品。
三操作流程 1.建模
先用solidworks建模，画出你想要打印的实体的3d图像模型。把画完的3d图像模型导出成stl格式文件。
2.切片
打开打印软件，点击“打开文件”，把先前的stl文件导入，改变模型的大小、位置，使它适合打印。然后点击“过程设置”，选择你要打印的参数，然后点击“准备打印”即像切土豆一样把模型切成一片一片，之后3D打印便可以将“切片”们一层一层叠加，从而打印出整个模型。而且，“生成路径”时，打印软件也会对模型结构不稳定处添加支撑物、对结构分散处添加连接、对空白处添加补充物等等。最后将文件的后缀名为.gsd。
3.打印
将保存的后缀名为gsd的文件就是我们在电脑上做好的模型拷贝进入SD卡，把SD插在3D打印机的SD卡槽里，选择SD打印，选择gsd文件，设置打印头温度200℃，打印床温度60℃，待温度到达指定温度后会自动打印。
.. 四作品
说3D打印技术风靡全省，成为最热的词汇一点也不夸张，3D打印教育市场也开始初见端倪，大量的3D打印厂商和学校、儿童培训机构纷纷扬言开始涉足，然而真正的中小学3D打印教育市场是怎样的呢?
这次出去学习了解到，体制内教育中小学更多的是购买了某一品牌的3D打印设备和几卷耗材，待上层领导视察的时候临时抱佛脚找来草草了事，零星好一些的学校可能是教师开了兴趣班，但是全校只有那么几台已经被尘土封存许久的设备还不允许接触，美其名曰没有老师指导有危险。
体制外的儿童机构早已蠢蠢欲动，但是这个市场大量缺乏真正既懂得3D打印技术又了解儿童心理和青少年教育的一线教师，搞得更像是3D打印厂商的王婆卖瓜，谁喊得嗓门越大谁就占先机。
我真心感觉中小学生3D打印教育市场前景非常广阔，绝对不应该是这样的玩法。3D打印机就是一个工具，至于选择什么样的厂商，只要是有品牌保证的就ok，完全不必要选择什么国外一流设备，一些DIY的设备也不是什么孩子能使用的了得，毕竟不可能人人创客，所以中小学3D打印教育选择购机只要是国产一流品牌机足够了，更重要的是内容上的突破，教学方式上的爆破。
之前我也做过类似的探讨，今天说点更直接的，就拿3D打印计算机课程来说，大部分的同学只要你一开讲，底下窸窣一片。真可谓此起彼伏，声声入耳。那么为什么不能从实践的角度入手呢?通过兴趣引导，比如房屋的拼装演变过程来说明物理结构的改变，从而影响整个上层建筑呢!我们其他课程类似于数学和美术甚至语文都可以借用此套路，高尚而不奢靡!
1 根据那些一线老教师3D打印教学经验结合我的课堂理解判断，如果想要更深层次的开发中小学生3D打印教学内容，可能要从以下几点来参考：
1、 课堂内容需要更多游戏化的设定。游戏是孩子们天生所喜好的，特别是年龄偏小的孩子，男孩子尤为显著，这摸摸，那碰碰，没有什么他们不好奇，所以如果让3D打印设备完全成为了软件的课程或是科普展示宣讲，那孩子们怎么能不走神?
2、 课堂内容需要延展性的思维。比如3D打印分层累加过程，那么我们为什么不引导孩子们做事情要有条理性，做同一种事情的时候需要一步一步来做，不同种性质的事务要一阶段一阶段来执行，这是不是也有点类似数学里的归纳法?那就直接融合过去就好啦。这里不仅融合了数学知识，而且暗含着做人做事的道理，岂不很有意义?
3、 更多任务性的指引。以班级为对象的教课过程，需要分组进行，课堂相对好管理。那么每一个小组的工作需要连贯性，孩子们对完成任务获得奖励有天生的吸引，所以通过组团完成任务，达到共同目标，暗含着团队协作、领导力判断等因素，真正素质教育的结合体。
4、 绝对不能有统一标准答案。3D打印教育玩的就是创造力，怎么能统一标准答案呢。而且每一位小朋友都有自己独特的思维模式，这个跟家庭因素、周围生活环境密不可分，这种独特的创造性思维一旦形成一套方式，很有可能会出现特立独行的小孩子，而往往创新意识最为强的也是他们，会出现更多奇思妙想。
我们的教师工作通过3D打印这一突破口，引发孩子们对于知识的渴望，创造新事物产生前所未有的兴趣，通过完成一个个任务，提升孩子们的综合素质。其实只要更多的融合思维，就会有更多的奇思
2 妙想，只有你自己对3D打印感兴趣了，全身心的投入，你才有可能在课堂上感染孩子们和家长，当然赢得所有人的认可。更重要的是你的学生们玩着学会了复杂的学科知识，潜移默化的升华了自身。
3
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