其實3D打印的學名叫做“增材制造”，是一種快速成型的技術。以三維數字模型文件為基礎，運用塑料或者粉末狀金屬等可粘合材料，通過逐層堆積的方式來制造物體。

3D打印過程

3D打印的原理和用途

下面是美國標準委員會對3D打印工藝的一種分類，相對來說比較權威。

光固化

液體光敏樹脂經過光照以后發生固化反應，凝固成產品形狀。

激光燒結

粉末原料(金屬、塑料、石膏等)通過能量束(激光或電子束等)照射，層層融化成型;或是通過一些膠粘劑，對粉末進行粘接成型。

層壓

一種比較古老的3D打印工藝，最早應用在考古學，對恐龍化石或者人頭骨復原的時候，利用切割硬紙板的方式，來制作化石的模型。

熔融沉積

比較常見的工藝，桌面機是以擠出工藝為主的機器。使用的材料多種多樣，不僅有塑料，還包括一些食物，如巧克力、豆沙，甚至建筑類材料，如水泥，泥漿等糊狀物。

定向能量沉積

把金屬粉末或金屬絲直接在產品表面熔融固化，適合修復零件，也在統一零件使用多種材料。這種技術我們國還是比較領先，獲得了國家科學進步一等獎來自北航的王華明團隊,就是利用這種技術制作了四米左右的飛機的部件，并用在了航天航空相關的工業上。

混合增材

這是比較新的技術，是CNC數控機床的配套增材制造包，典型材料是金屬粉、金屬絲和陶瓷。因為幾乎所有的3D打印作品并不是打印完畢就結束了，都需要進行后處理。所以這種增材和減材并用的技術，可以同時解決后處理的問題。

3D打印的用途大致可以分為三種：概念建模，原型測試，和直接數字制造。

概念建模和原型測試是比較傳統的兩種用途，簡單的說就是制作模型，主要功能是做驗證，如結構驗證，外觀驗證，功能驗證和裝配驗證。直接數字制造是現在流行的一種趨勢，即打印出來的成品可以直接作為一個最終的產品或者是零件直接使用到終端。

可以給大家舉幾個例子。比如概念建模，我們公司和雪佛蘭合作做了一個公益的活動，內容是征集小朋友對未來汽車的想象.通過他們的畫筆畫出汽車圖案，而我們把圖案變為數字模型，再通過打印和后期的著色形成一個實體物品。這是一個夢想變成現實的過程，可以把一個原始的想法變為一個漂亮的樣品。

另外還有一個機器人公司在我們公司做原型測試。最初我們會打印他們設計的圖紙，但一旦中間有不符合要求部件就立刻更換。通過不斷的迭代，反復的驗證，終于打印出一整合格的外殼。大家可以看到下圖中最開始的設計和最終的成品間差距還是挺大的。

直接數字制造的例子是與時裝相關，一個武漢大學學生的作品。手鐲和服裝都是采用尼龍打印，設計師設計完畢后我們打印把整個概念展示出來，再經過穿戴和韌性的測試后模特把它穿到了T臺上。

直接制造工具這方面一般都是與金屬類相關的，目前的價格還是比較高，多數用在跟國防、航空等有減重和保密要求的行業。國家正在建造的世界上最大的天文臺望遠鏡天眼里有些關鍵零部件就由我們來設計和通過金屬打印完成制造的。

3D打印的常規的流程

首先是要有數據，如果有實物可以通過3D掃描建立3D打印模型，如果有2D圖紙可以通過軟件轉化成一個3D模型。如果什么都沒有的話，那就只有從零開始用軟件來建模。然后把模型用切片軟件，完成切片之后就可以開始3D打印了。打印完成之后絕大部分還需要做后處理(打磨、電鍍、噴霧、拉伸等，上色是可選項)，否則就是個半成品。

3D打印的主要優勢

首先是省時，跟傳統工藝對比來說的，本身的建造速度老實講現在還是有點慢。其次是省料，它幾乎不產生廢料。再者是精確，特別是對曲面還有復雜工藝的還原。最后是個性，能滿足越來越個性化，復雜原型的設計。所以從整體上來說，3D打印非常適合個性、復雜、小批量、非標件的原型生產。

但其最大的優勢在于，隨著零件復雜度的提升，其制造工藝難度和成本并不會增加。也就是設計師只需要考慮零件功能的實現，并不需要過于糾結該采用怎樣的制造工藝去生產。

3D打印對于復雜件的制造有非常大的優勢，所以它還是主要用于工業制造上。這就涉及到了3D打印應用層次的問題，也就是為什么我們并沒有感覺到3D打印對我們的生活有什么直接的改變。

3D打印應用的層次

“原型制造”是3D打印最低層次的應用，比如制造模型、原型等單個的東西，但這也是3D打印最傳統的應用。

第二級別是“代替”。制作代替現在的某個零件。但應用并不廣泛，因為傳統制造工藝非常適合大規模批量化的生產，3D打印并不占優。

第三個是“零件整合”。單一零件制作3D打印可能并不占優勢，但是如果能將多個零件整合成一個零件打印出來，整體的價值便上去了。

最高級的應用不僅整合了多零件，而且還進行了優化。因為3D打印可以做非常復雜的工藝，這是其他工藝沒法實現的。通用航空之前用3D打印做了一個航空發動機的噴油嘴，這是一個里程碑式的案例。這個噴油嘴整合了20多個零件，里面還有非常復雜的冷卻管道、潤滑管道。不僅提高燃油效率高，還不需要生產20多個零件裝配起來，使用壽命也延長了5倍。

因此3D打印如何影響每一個人，可能需要在思維上做一些調整。在未來某一天，我們設計的時候，不需要考慮用什么工具來生產，甚至連思考如何設計這個過程也會發生變化。只需要去考慮設計目標，給出邊界值，通過數學和計算機模擬就能得到最優的結果。比如去年英國的一個最高設計獎，就給了這樣一個案例。一個航天的小部件，通過拓撲優化的方式，重量是原來的一半都不到，但是強度是原來的一倍多，最后采用3D打印的制造方式。這樣，優勢就很明顯了。

3D打印的經濟化分析

產品數量在千個之內還是比較明顯，但隨著3D打印成本的下降，數量范圍是不斷增加的。以鑄造為例，在數量、生產時間、復雜度這幾個因素中也有一個平衡點。未來我們會見到越來越多奇形怪狀的物件，它是直接由數學和計算機來決定的形狀。這種工藝復雜度的增加，不會給3D打印帶來困難，但是對傳統工藝來說，這種增加就是噩夢。

現在采用3D打印工藝做生產的企業是越來越多了，前一陣通用就收購了兩家3D打印的公司，做金屬3D打印的。許多人認為，這或許是3D打印進入主流制造業的一個標志。另外，3D打印還有一些在醫學上的應用，還有人用它來打印一些光學器件。未來，建筑，飛機等各式各樣的應用，都會涉及到。3D打印其實是一種基礎工具性的東西，就像互聯網或者高速公路一樣，是所有人都會用得到的。

3D打印涉及的東西非常的多，我們去年做了一萬多個案例，涉及各式各樣的應用，這里我簡單的介紹一下，舉幾個例子，比如工業，醫療，科研，3D人像，建筑，游戲，動漫，個性制造，3D打印都會涉及。一個比較傳統的案例，用石蠟法來鑄造模具，用有限元來分析力學熱學等因素來分析和生產的一個應用。

還有3D打印的醫療上的一個應用，簡單說，就是用CT或核磁共振的一些數據，把它們變成3D打印的模型，再變成實物，可以成為術前的模型，為精準醫療做些模擬，如果用鈦合金打印，也可以成為植入體，植入人體內。

魔獸電影上映的時候推出的一個衍生品，是影視周邊的嘗試。它其實是一個杯子，從原型到上色，再去做批量生產。

個性化制造的案例就是包貝爾的婚鞋。當時是包貝爾夫婦親自挑選，高跟鞋踩著一個小兔子，腳底下有兩個人的指紋和名字，是世界上獨一無二的鞋子。通過設計、打印、后處理，得到效果非常棒的一雙鞋。

什么是3D掃描

3D掃描也是一個重要的數據來源，它可以非?？斓陌褜嵨镒兂?D數據，各種工業設備或者人物、藝術相關的掃描都可以得到這樣從實物到數據的過程。這里有一些通過掃描變成實物的案例。例如人體的掃描大家可能都有所耳聞，還有像文物相關的掃描，如果文物有缺損，通過掃描得到相關數據之后用數字手段做出需要補全的部分，之后再打印出來，從而能夠做到文物模型的完整修復。之前我們和故宮做過一些相關的合作。

還有一個比例縮放的例子。作為交車儀式的一部分，主辦者要將車鑰匙模型交到中方手里。我們通過掃描把小鑰匙的數據提取之后再放大，最后做出一個大約40厘米左右的鑰匙模型。

未來的暢想

3D打印本身是零技能操作，關鍵是要補充3D數據這一環。如果將來有豐富的3D數據庫可以使用，必然會帶動3D打印更大范圍的普及。

未來的在線工具能把3D數據做一個快速的處理，開源分享給他人，一起優化設計。將來有可能做成“3D數據銀行”，或者叫“原型設計類銀行”，任何人都可以很方便的對3D數據進行建模，甚至可以和VR、AR相結合，讓普通人也可以直接處理3D數據。這樣3D打印就是3D數據輸出一個最好的橋梁。