3D打印所面临的问题_3d打印课题面临的问题
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随着3D打印越来越受到人们的关注，相关问题也随之浮出水面。专家表示，要冷静看待3D产业，防止一窝蜂涌入，从而步光伏产业的后尘。
材料种类少、问题多
3D打印主要由设备、软件、材料三部分组成，其中材料是不可或缺的环节。“而现在业界主要研究的是设备和软件，对材料研究还不够重视。”刘平说。
理论上来说，所有的材料都可以用于3D打印，但目前主要以石膏、光敏树脂、塑料为主，这很难满足大众用户的需求。工业级的3D 打印材料更是十分有限，目前适用的金属材料只有10 余种，而且只有专用的金属粉末材料才能满足金属零件的打印需要。需要用到金属粉末材料的3D打印为工业级打印机，即选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化(SLM)技术。“目前在工业级打印材料方面存在的问题主要是： 第一，可适用的材料成熟度跟不上3D市场的发展 第二，打印流畅性不足;第三，材料强度不够;第四，材料对人体的安全性与对环境的友好性的矛盾;第五是材料标准化及系列化规范的制定。3D打印对粉末材料的粒度分布、松装密度、氧含量、流动性等性能要求很高。但目前还没有形成一个行业性的标准，因此在材料特性的选择上前期要花很长的时间。”刘平说。
价格高、研发难度大
根据不同的用途，金属材料制备的工件要求强度高、耐腐蚀、耐高温、比重小、具
有良好的可烧结性等。同时，还要求材料无毒、环保;性能要稳定，能够满足打印机持续可靠运行。功能应该是越来越丰富，例如现在已对部分材料提出了导电、水溶、耐磨等要求。另外，还有最重要的是经济性要好，简单说就是成本低，客户用得起。否则，很难 在市场上大规模推广及应用。
原材料价格降低的的途径只能是关键技术的突破，但这难度比较大，在一些特殊领域要求非常高。比如在医学应用领域要做到无毒无害的同时还要做到生物相容性等，技术要求非常复杂，金属粉末的制备技术，即独特的雾化工艺和雾化制粉设备也都是难点。没有大量的研发攻关很难解决。亚通公司在打印材料领域研发中已经经历了十多年时间，在雾化设备的国产化、独特的雾化工艺、雾化喷嘴设计的技术上都取得了一些关键性成果。
信息不对称、市场认可度低
“近年来，客户需求也在不断变化，要求越来越精细化，对材料的成分、工艺性、杂质含量等都要求更高。”刘平表示。
亚通焊材是国内钎随着3D打印越来越受到人们的关注，相关问题也随之浮出水面。专家表示，要冷静看待3D产业，防止一窝蜂涌入，从而步光伏产业的后尘。材料种类少、问题多
3D打印主要由设备、软件、材料三部分组成，其中材料是不可或缺的环节。“而现在业界主要研究的是设备和软件，对材料研究还不够重视。”刘平说。
理论上来说，所有的材料都可以用于3D打印，但目前主要以石膏、光敏树脂、塑料为主，这很难满足大众用户的需求。工业级的3D 打印材料更是十分有限，目前适用的金属材料只有10 余种，而且只有专用的金属粉末材料才能满足金属零件的打印需要。需要用到金属粉末材料的3D打印为工业级打印机，即选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化(SLM)技术。“目前在工业级打印材料方面存在的问题主要是： 第一，可适用的材料成熟度跟不上3D市场的发展;第二，打印流畅性不足;第三，材料强度不够;第四，材料对人体的安全性与对环境的友好性的矛盾;第五，是材料标准化及系列化规范的制定。
3D打印对粉末材料的粒度分布、松装密度、氧含量、流动性等性能要求很高。但目前还没有形成一个行业性的标准，因此在材料特性的选择上前期要花很长的时间。”刘平说。
价格高、研发难度大
根据不同的用途，金属材料制备的工件要求强度高、耐腐蚀、耐高温、比重小、具有良好的可烧结性等。同时，还要求材料无毒、环保;性能要稳定，能够满足打印机持续可靠运行。功能应该是越来越丰富，例如现在已对部分材料提出了导电、水溶、耐磨等要求。
另外，还有最重要的是经济性要好，简单说就是成本低，客户用得起。否则，很难在市场上大规模推广及应用。
原材料价格降低的的途径只能是关键技术的突破，但这难度比较大，在一些特殊领域要求非常高。比如在医学应用领域要做到无毒无害的同时还要做到生物相容性等，技术要求非常复杂，金属粉末的制备技术，即独特的雾化工艺和雾化制粉设备也都是难点。没有大量的研发攻关很难解决。亚通公司在打印材料领域研发中已经经历了十多年时间，在雾化设备的国产化、独特的雾化工艺、雾化喷嘴设计的技术上都取得了一些关键性成果。信息不对称、市场认可度低“近年来，客户需求也在不断变化，要求越来越精细化，对材料的成分、工艺性、杂质含量等都要求更高。”刘平表示。
亚通焊材是国内钎焊材料行业的核心企业之一，特别在粉体的制备技术上拥有独特的优势，多年担任着中国电子材料协会副理事长单位，中国标准化技术委员会钎焊分会委员单位，也是多项国家标准的主要起草单位，拥有十多项国家发明专利。但是产品如何被市场认可和接受仍然是个大问题。“主要是对国产材料的技术含量和水平不够信任。”刘平说在接触过程中了解到，企业普遍担心进口的国外机器比较贵，怕用国产材料损坏机器。关于这一点，刘平认为还是信息结构不对称造成的。目前国产高端材料在一定的领域已经取得了相当的成绩。歼-15总设计师孙聪在两会期间透露，钛合金和M100钢的3D打印技术，已被广泛用于歼-15 的主承力部分，包括整个前起落架。
需求促使企业转型
“国内的材料行业竞争激烈，利润薄，单纯地拼价格已经没有多大意义，因此，我们也面临着转型升级的挑战，必须采用高新技术占领市场。”刘平说。
3D打印材料中以金属粉末应用市场最为广阔。因此，直接用金属粉末烧结成型三维零件是快速成形制造最终目标之一。由于各种金属材料的化学成分、物理性质不同，因此成型的机理也各具特征，对金属粉末的性能要求也更为严苛。
目前仅德国的EOS公司能生产出有限的几种金属粉末，如：不锈钢粉、铝硅粉、钛合金粉，但价格是传统粉体的10-20 倍。“因此，这对于我们公司制粉研发部门来说正是一个契机，也是公司完成转型升级的一个先机。目前需要加强开展对现有材料的快速成形性相关研究，以满足快速成形技术的工业化需求。”刘平告诉记者。
“我们不可能永远用国外的设备，随着我国高端制造业的升级发展，国产化将会成为趋势。随之带来的首要变化必将是材料企业向技术含量更高，产品附加值更高的水平发展。”刘平显然信心十足，“而随着3D打印技术的成熟，金属材料的形态可能会越来越丰富，如粉状，丝状，带状。金属材料将在生物医学、航空航天等领域具有广阔的应用前景和生命力。”焊材料行业的核心企业之一，特别在粉体的制备技术上拥有独特的优势，多年担任着中国电子材料协会副理事长单位，中国标准化技术委员会钎焊分会委员单位，也是多项国家标准的主要起草单位，拥有十多项国家发明专利。但是产品如何被市场认可和接受仍然是个大问题。“主要是对国产材料的技术含量和水平不够信任。”刘平说在接触过程中了解到，企业普遍担心进口的国外机器比较贵，怕用国产材料损坏机器。关于这一点，刘平认为还是信息结构不对称造成的。目前国产高端材料在一定的领域已经取得了相当的成绩。歼-15总 设计师孙聪在两会期间透露，钛合金和M100钢的3D打印技术，已被广泛用于歼-15 的主承 力部分，包括整个前起落架。
需求促使企业转型
“国内的材料行业竞争激烈，利润薄，单纯地拼价格已经没有多大意义，因此，我 们也面临着转型升级的挑战，必须采用高新技术占领市场。
”刘平说。3D打印材料中以金属粉末应用市场最为广阔。因此，直接用金属粉末烧结成型三维零件是快速成形制造最终目标之一。由于各种金属材料的化学成分、物理性质不同，因此成型的机理也各具特征，对金属粉末的性能要求也更为严苛。目前仅德国的EOS公司能生产出有限的几种金属粉末，如：不锈钢粉、铝硅粉、钛合金粉，但价格是传统粉体的10-20 倍。“因此，这对于我们公司制粉研发部门来说正是一个契机，也是公司完成转型升级的一个先机。目前需要加强开展对现有材料的快速成形性相关研究，以满足快速成形技术的工业化需求。”刘平告诉记者。“我们不可能永远用国外的设备，随着我国高端制造业的升级发展，国产化将会成为趋势。随之带来的首要变化必将是材料企业向技术含量更高，产品附加值更高的水平发展。”刘平显然信心十足，“而随着3D打印技术的成熟，金属材料的形态可能会越来越丰富，如粉状，丝状，带状。金属材料将在生物医学、航空航天等领域具有广阔的应用前景和生命力。”
（材料瓶颈已经成为限制3D打印发展的首要问题来源：互联网）
当前3D打印发展尚不成熟，人们要对其有清晰的认识。中国电子信息产业发展研究院副院长杨拴昌在新工业革命与增材制造国际研讨会上表示，3D打印目前主要面临四个方面的问题。
一是设计工具需进一步优化。
3D打印要求开发和广泛运用计算机辅助设计(CAD)工具。对于功能部件制造，需要新的工具来优化形状和材料性能，以最大化地减少材料使用和重量。对于非专业人员，需要开发出易于操作的设计工具，来进行产品设计。二是可用材料需持续拓宽。目前的可用原料还不多，正逐步从树脂、塑料扩展到陶瓷、金属，乃至最新的金、银以及强度极高的钛和不锈钢等材料。未来，仍然需要开发更多的材料，并深入研究材料的加工-结构-属性之间关系，明确材料的优点和局限性，为材料提供规范性标准。
三是生产过程需要加强工艺控制。为提高连贯性、重复性和统一性，需要建立装备认证标准，并对生产过程进行内部监控和闭环反馈，如通过传感器提供无损性评估与早期缺陷检测，通过流程控制减少设备故障。为更好了解、预测材料性能和零部件功能特性，需要建立预测性模型，使设计师、工程师和用户能够估计零部件的功能特性，并通过调整设计达到预期效果。四是产业发展需要加强必要的监管。如利用3D打印，犯罪分子能够下载枪支设计软件，私下制作枪支，而且枪支很容易隐藏，可以躲过金属探测器。又如，3D打印的汽车方向盘如果在交通事故中失效，将很难确定事故中的责任方，失效可能是由于设计不足、制造不当、材料甚至是安装所引起的。此外，如果将3D打印技术用于生产人体的肾脏等器官、婴儿模型等，还将涉及到社会道德和伦理问题。
3D打印暂时还不可能替代传统的制造技术，只是一个补充，目前市场空间依然有限。3D打印发展初期要靠国家相关部门来统筹布局、合理安排，不能一哄而上，在有技术、人才资源、市场基础的地方先行先试，根据效果进行推广。如在航空航天、汽车制造、生物医疗等领域开展一些示范，在示范的过程中制定相关行业标准，积累发展经验。
自20世纪90年代初以来，清华大学等高校，在3D打印设备制造技术、3D打印材料技术等方面开展了积极的探索。尽管已有部分技术处于世界先进水平，但国内3D打印成本较高，多用于实验，规模化应用尚需时日。用3D打印替代传统制造业批量生产，从效率、成本和可靠性等方面来看都面临着极大挑战。从产业发展角度来说，我国3D打印产业主要存在以下四个方面亟待破解的问题：
产业布局层面，3D打印技术路线和国家层面产业发展战略亟待出台。首先，3D打印技术没有被确立为国家主流制造技术范畴。3D打印技术往往被看作工业设计的一种辅助手段，国家对3D打印这一交叉学科的技术总体规划与重视不够。其次，3D打印产业培育的基础较为薄弱。3D打印产业没有形成产业链、工业环境不配套等等；在一些核心技术和关键器件上仍然对国外依赖较大；在应用方面，我国的3D打印产业分布领域也较为狭窄。
产业规模层面，3D打印行业共性标准没有建立，制约了大规模商业化。3D打印技术应用特征是小批量、多品种和个性化，这就凸显行业共性标准的决定性意义。目前国内的3D打印企业整合度较低，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等等。可见，3D打印行业共性标准体系一日不建立，3D打印就一日不能大规模商业化。
产业支撑层面，3D打印材料供给不足成为产业发展的一个巨大瓶颈。3D打印产业特殊性之一就是材料为王。耗材对3D打印技术的应用和发展起决定作用。国内有能力生产3D打印材料的企业并不多，主要依赖进口，特别是金属材料。由于国内3D打印产业还处于弱小阶段，过小的市场导致企业缺少加大研发投入的能力与动机，而且即便耗材研发成功，也存在规模化生产、材料配比等问题。
产业成长层面，3D打印产业的技术产品化开发滞后于国内市场开发。一方面，我国3D打印技术大多积淀在高校，代表一定实力的3D技术开发大多为清华大学等高校所掌握。但由于高校在技术产业化方面固有缺陷，使得这些技术的产品化开发还很不充分；已有的几家自主制造3D打印设备企业规模较小，研发力量不足。另一方面，国内3D打印服务的市场开发由于进入门槛低而出现过度开发特征。虽然，他们迅速开拓了3D打印服务市场，但同时由于原发性创新与产业核心技术的缺失也给整个处于孵化期的行业增添了风险。
（我国3D打印产业发展现状及存在的问题来源:电气自动化技术网）
现在，美国人将3D打印技术大量应用于关键军事领域。如，过去的航空母舰需要在特定的码头进行零部件的更换与检修，而3D打印技术的出现，将这种固定的模式打破。航母航行在任何公海上，装上3D打印机就可以打印出任何需要的零件并进行维修，这突破了空间与地域的限制。同样，在宇宙飞船上，一台3D打印机也可以解决飞船某个零部件出现故障却无材料维修的窘境。3D打印通过数字化的远程监控、遥控的维修方式，改变了整个产品的维护运动模式。有国外媒体曾经这样畅想过“在未来信息化战场上，维修受损武器将变得十分轻松。技术保障人员可随时启动携带的3D打印机，直接把所需的部件打印、装配并让武器重新投入战场。”
中国产业洞察网研究部调研显示，3D打印逐渐渗透于军事领域，将维修服务模式颠覆。它的存在正掀起一场真正的数字化革命，这种数字化方式把设计、制造、服务全面放开，因此，软件技术与数字技术的巨大变革与作用是不能忽视的。
目前，国内一些人将目光锁定在打印设备上，认为有精良的打印装备就可以将3D打印发展起来。但问题是，如果没有良好的，适合于3D打印产品设计的设计模型以及精确地数字化分析、仿真软件，打印出来的产品也是不适合的。因此，目前的情况就是要对这个由3D打印引发的设计体系、设计方式和设计技术本身发展进行改进，包括软件技术都要给予足够的重视。
与此同时，数字化的制造模式也将随着3D打印的发展而逐渐实现。我们目前还生活在一个批量生产的产品世界中，但是有了3D打印，高端个性化的需求与用户会越来越多，原本的传统设计方式、制造模式已经不能满足竞争激烈的市场需求。因此，通过互联网以及传感设备将数字化装备联网，这种数字化制造会走出工厂，制造会无处不在。
在航空领域，过去一架飞机的某个组成部分要做几十个零件，产品设计要先做工艺，再进行设计制造。现在这些环节都可以简化甚至消失，3D打印可一次性成型，导致传统的制造业模式、制造方式、服务方式都发生变化。
（中国3D打印发展现状及存在的问题分析来源：中国产业洞察网）
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