1.4 3D打印技术的优点和现阶段的缺陷

1.4.1 3D打印技术的优点

3D打印技术已由一种新兴技术逐渐发展成为主流技术，很多企业开始认可并接受该技术带来的生产效益。在市场快速发展的同时，3D打印正越来越深刻地改变着传统制造业。3D打印技术的优点如下：

1．多材料加工，适用范围广

3D打印技术提高了难加工材料的可加工性，拓展了材料的应用领域，并带动了材料、软件开发等庞大的新兴产业的崛起。随着多材料3D打印技术的发展，人们有能力将不同原材料融合在一起，以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调、种类繁多，具有独特的属性和功能。

2．节省材料和成本，有利于环保

3D打印所采用的增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术比传统的减材制造（Subtractive Manufacturing，SM）技术更节省材料，有利于节能环保。同时，3D打印可以制造出传统制造方法难以胜任的复杂部件。就传统制造而言，物体形状越复杂，制造成本越高。对3D打印机而言，制造形状复杂的物品并不比打印一个简单的物体消耗更多的技能或成本。

3．提高加工效率，降低人力成本，减少库存和运输成本

传统的组装生产线主要依靠熟练工人和机器生产出相同的零部件，然后由机器人或工人组装。产品组成部件越多，组装耗费的时间和成本就越多。而3D打印能使部件一体化成型，可以实现无人值守、无线监控，大大节省了人力成本。使用3D打印技术，不需要开模具，可使新产品研制的成本下降、周期缩短；可以按需定制，减少了企业的实物库存。如果人们所需的物品按需就近生产，则可以最大限度地减少长途运输的成本。

4．概念迅速实现，产品形状不受限制

传统制造技术和工匠制造的产品形状有限，制造形状的能力受制于所使用的工具。3D打印机可以突破这些局限，“打印”的产品无缝连接一体成型，不受产品结构和形状的限制。任何复杂的造型和结构，只要有计算机CAD数据，就可以打印完成，这样就给产品的个性化、定制化提供了可能性。

5．操作简单，不需复杂技能

只要有3D打印的模型文件，按动开始按键，3D打印机就会自动执行。不再需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具，无论是否受过专业的计算机和机床操作训练，工人的操作失误因素被完全避免，为工厂节约了大量的技能培训开销。

6．缩短产品研发周期

3D打印能在数小时内成型，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效缩短产品研发周期。通过3D打印快速打印试错，迅速发现设计上的错误并将错误修正在大批量生产之前，节省了传统的错误模具重新铸造的过程。

7．三维数据远程无损传输

3D打印的文件是一种数据格式，和可复制的视频和音频文件相似。因此，利用扫描技术和3D打印技术，可以扫描、编辑和复制实体对象，创建精确的数据文件，并利用互联网进行远程传输。例如，扫描了十二生肖的铜首，将文件传送到世界上的任何一个角落，利用3D打印机就可以打印出一模一样的样品，如图1-8所示。

8．设备的修复和复原

如果设备发生损坏，维修时缺少相关零件，则可以利用打印机来打印快速替代的零件进行修复。例如，棘齿扳手等工具在国际空间站被3D打印出来，3D打印机被作为人类前往火星计划的一部分，其在空间站的使用让人类自由遨游太空成为可能。图1-9所示为太空中的3D打印机。

有些人会使用3D打印来复原产品，如用于老式车的复原。创建这些产品需要使用工业级别的昂贵打印机，但3D打印机的价钱要比工程师重建那些老式零件所需要的花费便宜很多。

1.4.2 3D打印技术现阶段的缺陷

3D打印技术作为一项先进的技术，暂时的市场规模却比较有限。2013年，全球3D打印市场规模约40亿美元，较2012年翻了一番，尚不如一家大型互联网上市公司的市值。目前设计环节的应用占3D打印市场的80%以上。而在大规模生产方面，3D打印则被认为缺乏优势。

1）打印材料的限制：仔细观察周围的一些物品和设备，就会发现3D打印的第一个绊脚石是打印材料的限制。虽然高端工业打印可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但目前实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的，材料是3D打印的一大障碍。

2）打印速度和精度的限制：目前的3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经有了突破，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是打印时间长、速度慢的问题制约着3D打印的发展。在商店买一个烟灰缸，只需几分钟，十几块钱。而如果打印一个定制的烟灰缸需要几个小时，时间成本就过于高昂。3D打印技术想要进入普通家庭，每个人都能随意打印想要的东西，那么机器打印时间的限制就必须得到解决。

3）知识产权保护的问题：3D打印技术的特点会涉及知识产权这一问题，因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播，人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规来保护知识产权，也是人们面临的问题之一，否则就会出现假冒和赝品泛滥的现象。

4）价格因素：目前市场上普通的3D打印机都要几千块钱。如果打印质量较好的模型，则需要高价的工业级3D打印机，而工业级3D打印机成本较高。因此，若想普及3D打印机，则必须要降低价格，让3D打印机像计算机一样进入寻常百姓家。

5）想象力的限制：一切头脑中的想象都能通过3D打印机成为现实中的物体，因此3D打印机发展最大的限制来源于想象力的制约。作为一种技术，真正要在工业生产以及社会发展上发挥作用，关键是需要大量具有创新意识的人才。只有大量的创意发明，才能真正发挥3D打印技术的功效，而这正是3D打印目前面临的短板之一。