解析3D打印十大尖端技术及国内产业走势

中国3D打印产业已经发展二十年左右，如今已然成为国内各大企业争相投资的热点，并被多家媒体和业界人士标榜为“第三次工业革命”的领头羊。然而“盛名之下，其实难副”，在3D产业发展如火如荼的今天，中国3D打印产业仍处于产业发展的初始阶段。虽然潜力巨大，但市场规模仍然较小，在商业模式、产品耗材、与传统工业结合等多个方面，都有待进一步探索。在这样的背景下，把握好产业发展脉博、理性投资也便显得极为关键。

       一、中国3D打印产业发展状况分析

       1、研发技术

       我国已有部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造;生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。

       2、竞争力优势

       目前，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：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。

       3、3D打印机市场发展迅速

       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。据估计，3D打印机在国内企业装机量在400台左右。

       打印产业市场规模分析

       目前，国内的3D打印主要集中在家电及电子消费品、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。2012年，中国3D打印机市场规模达到1.61亿美元，至2015年，中国3D打印市场规模达到7.78亿美元，复合增长率为69%。

       全球3D打印十大尖端技术革命

       当年，爱迪生发明灯泡的时候，失败了8000多次。曾有人讥讽他说：“你失败了8000多次，真了不起!”爱迪生却坦然地说：“先生，你错了，我只不过是证明了7600多种材料不适合作灯丝而已。”经过多次失败后，爱迪生终于取得了成功，成为举世瞩目的人。

       NNOVATION1：瑞士科学家3D打印金银纳米墙可制造更高性能触摸屏

       触摸屏技术是依靠喷涂在设备表面的微型导电电极实现的。这种肉眼几乎看不到的电极是由导电材料制成的纳米墙组成的，而目前最常用的材料是氧化铟锡。它的透明度很高，但导电性较差。苏黎世联邦理工大学(ETH)找到了一种可行的创新型方法——“纳米液滴”3D打印。这种方法能够以金、银纳米颗粒为原料3D打印出超薄的“纳米墙”，从而制造出从未有过的透明导电电极，最终创造出画面质量更好、响应更精准的触摸屏。ETH的新方法——以金、银的纳米颗粒为原料3D打印出纳米墙却没有这样的缺陷，因为它可以同时实现较高的透明度和导电性。

       ETH这种纳米3D打印技术的神奇之处不但可令金属材料保持住原有的导电性，而且可将它们创建出透明的结构。目前，研究者们已经利用该技术成功3D打印出了厚度在80-500纳米之间的超薄电极层。

       INNOVATION2：从树脂到陶瓷，加州高温陶瓷3D打印技术

       位于加利福尼亚州Malibu的HRL 实验室发明了可兼容与光固化/3D打印的树脂配方，这种树脂在3D打印后经过过火可以生成致密的陶瓷部件。这是一个惊人的突破，因为它使能够产生任意多边形陶瓷部件，强大且无温度弹性，陶瓷表面无任何加工，不需铸造或嵌塞。

       HRL 通过紫外线光固化快速成形陶瓷的preceramicmonomers—”先驱体转化聚合物”，通过这些聚合物制造的陶瓷均匀收缩，几乎没有孔隙度。并且可以形成迷你网格和蜂窝状材料，不但形状复杂，并且还表现高的强度，这种密度泡沫陶瓷可以在推进零部件、热防护系统、多孔燃烧器、微机电系统和电子设备获得应用。如使用在高超声速飞行器和喷气发动机中，这种陶瓷可以帮助设计者制造能抵御起飞过程中所排出的废气引起的加热和高温度的小零件。

       INNOVATION3：比现有系统快1000倍，麻省理工学院将重新定义三维扫描

       当前市场上大多数激光雷达系统(包括那些在自动驾驶汽车上所安装的雷达系统)使用的是离散自由空间光学元件，包括激光器、镜头和外部接收器。在这些硬件组合中，激光在震荡的同时旋转，这使得其扫描范围和复杂程度受到限制。并且成本从1000美元到70000美元不等。

       麻省理工学院的激光雷达芯片更小、更轻、更便宜，也有可能是更强大的，因为芯片中没有移动部件，速度是目前的激光雷达系统的1000倍，可以用来跟踪高速移动的车辆。

       麻省理工学院的激光雷达芯片工作原理与硅光子技术密切相关，硅波导几的波长远小于光纤，这使得非常小的芯片上的光子电路具有类似于光学纤维的属性。该技术的商业化也并不昂贵，可以在大量的CMOS晶圆代工厂生产，并解决如波导损耗和光隔离的问题。

       INNOVATION 4：将对智能设计产生巨大影响的麻省理工Cilllia毛发

       灵感来自于自然界动物以及人类的毛发，MIT研发的Cilllia毛发是通过光敏树脂固化的技术打印出来的，通过将3D打印的精度控制到极其细微的程度，将这些毛发获得微观结构的“可编程”，这样毛发就展现了像具有神经一样的对压力和对声音的敏感度，并伴随着外界的刺激发生弯曲改变。

       然而Cilllia指的并不是毛发本身，而是建模软件平台，通过平台上CAD设计的步骤，通过滑块式界面，用户可以很容易地将成千上万的毛发在短短几分钟内设计完成，只需要确定毛发的角度、厚度、密度，和毛发的高度。

       通过精心的设计毛发具备了“驱动器”一样的神奇作用，在一个直线方向上实现正向“驱动”和反向“驱动”，这对于动力学是个创新领域，改变了以往我们需要电机或者其他的动力装置才能使得物体发生移动的现状。

       INNOVATION 5： 像生长出来的3D打印军用无人机

       世界第三大国防承包商英国的BAE系统公司宣布他们正在开发一款基于化学反应的Chemputer，这款3D打印机可以在短短几天之内从无到有“生长”出高度先进的定制化无人机。

       BAE系统公司投资开发此项技术的目的是要在接近战场的地方迅速建立军事设备供给，并克服任何地理、技术或数字的劣势，Chemputer打印无人机的设想是功能性强，飞行速度快，超高高度以及快速反应，目的是要克服今天的军事环境的生产限制。

       打印产品也不仅仅局限于简单的产品，而是包括复杂的电子系统的生产。同时，打印材料是环保和可回收的，除了打印一架完整的无人机机身外，打印机也可以用于生产大型载人飞机的部件，这为此项技术走向民用打开了空间。

       INNOVATION6： 离子交换膜3D打印技术

       美国宾夕法尼亚州立大学的科学家开发了一种离子膜3D打印技术，可以灵活而快速的在离子交换膜表面打印各种3D图案，以提高性能。

       科研团队表示，这种3D打印技术与当前常见的SLA(光固化)3D打印技术类似，打印材料是可光固化的离子聚合物混合物，当该混合物暴露在一台光投影仪之下的时候，3D打印机将设计好的图案投射并选择性地固化在其表面上。表面图案能够增加膜的电导率多达1—3个数量级(factor)。

       小编了解到使用这种3D打印技术制作的离子交换膜模型是第一个可以定量降低交换膜电阻的模型。只需一个简单的并联电阻模型就可以描述这些图案在降低这些新型膜的电阻方面发挥的影响。这一方法带给离子交换膜设计者一个设计工具，可以帮他们不断创新、设计出新的图案，以进一步改进材料的内在化学特性。

       INNOVATION 7： 迪士尼近瞬时树脂打印技术

       美国宾夕法尼亚州立大学的科学家开发了一种离子膜3D打印技术，可以灵活而快速的在离子交换膜表面打印各种3D图案，以提高性能。

       科研团队表示，这种3D打印技术与当前常见的SLA(光固化)3D打印技术类似，打印材料是可光固化的离子聚合物混合物，当该混合物暴露在一台光投影仪之下的时候，3D打印机将设计好的图案投射并选择性地固化在其表面上。表面图案能够增加膜的电导率多达1—3个数量级(factor)。

       使用这种3D打印技术制作的离子交换膜模型是第一个可以定量降低交换膜电阻的模型。只需一个简单的并联电阻模型就可以描述这些图案在降低这些新型膜的电阻方面发挥的影响。这一方法带给离子交换膜设计者一个设计工具，可以帮他们不断创新、设计出新的图案，以进一步改进材料的内在化学特性。

       INNOVATION8： 用于非常复杂部件打印的德国Fraunhofer多材料打印技术

       德国Fraunhofer研究所和IKTS 系统研究所研发了一项3D打印新技术，不仅可以打印骨科植入物、假牙、手术工具等医疗产品，还可以打印微反应器这样非常复杂、微小部件。

       Fraunhofer研究所研发的这项3D打印技术可打印的材料是陶瓷或金属粉末悬浮液。陶瓷或金属粉末被混合在一种低熔点的热塑性粘合剂中，热塑性粘合剂在80摄氏度时就会融化成为液体。在打印过程中，打印机的电性温度熔化了粘合剂，并混合着陶瓷或金属粉末材料以液滴的形式被沉积下来。沉积后液滴迅速冷却变硬，三维对象就这样被点对点逐渐打印出来。

       INNOVATION9： 波音悬浮式3D打印技术

       2016年初，波音公司成功获批了一项超前的3D打印技术专利。它与以往任何3D打印技术都不同，在3D打印过程中没有任何实体的打印构建平台，在打印过程中，打印对象还可以做空中翻转动作。

       在打印时，打印头首先挤出一块材料，通过磁场的力量，这块打印材料被悬浮在空中，然后由围成一圈的多个打印头，从不同的方向将其余材料逐层沉积在这块材料上。打印材料是抗磁性材料，经过超级冷却之后变成超导体。通过磁场还可以旋转3D打印对象，并将材料沉积在打印对象底部，实现360度无死角的3D打印。

       无死角的3D打印技术好处是完全突破对形状的限制，实现更加复杂零部件的整体3D打印。除此之外，通过多个3D打印头同时在不同方向上进行3D打印，将显著提升打印速度。

       INNOVATION 10： 哈佛大学带血管的人工组织3D打印

       2016年哈佛大学获得最新的突破，可以打印出维持生物学功能的并可以存活超过六个星期的组织。哈佛大学的研究人员在整个打印过程中使用了三种生物墨水。其中第一种墨水含有细胞外基质，这是一种由水、蛋白质和碳水化合物构成的复杂混合物，用于连接每个细胞，从而形成一个组织。第二种墨水包含细胞外基质和干细胞。第三种用于打印血管，这种墨水在冷却过程中融化，所以研究人员可以从冷却的物质中将墨水抽出来，并保留空心管。

       研究人员将包含细胞外基质的墨水填充进模具。最终培养出内部充满毛细血管的人工组织。研究人员通过硅胶模具两端的出入口向该组织输入营养物质，以保证细胞存活。人工血管将通过将细胞生长因子运送至整个人工组织，促进干细胞的定向分化，从而形成更厚的组织。

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