3d打印機的發展與現狀范文第1篇
關鍵詞：3D打印技術;發展現狀;發展前景;措施與制度; 正文：
3D打印，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。 3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。
3D打印技術分許多種，目前市場上的快速成型技術分為3DP 技術、熔融層積成型技術、立體平版印刷技術、激光燒結技術、激光成型技術和紫外線成型技術等等。3D技術該技術在珠寶、工業設計、建筑、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、軍事以及其他領域都有所應用?？上У氖悄壳盀橹挂恍└叨说拿裼?D打印技術仍然掌控在國外的幾家龍頭老大的公司里面，我國民間在3D打印技術的研發方面與國外有著很大的差距。不過好消息是據英國《簡氏防務周刊》網站2月24日報道，中國人民解放軍已研制出首幅使用3D打印技術的地形圖，另外我國早在2000年前后，中航激光技術團隊就已開始投入“3D激光焊接快速成型技術”研發，解決了多項世界技術難題、生產出結構復雜、尺寸達到4米量級、性能滿足主承力結構要求的產品。這些都可以說明了我國對3D打印技術的重視程度與投入程度，可惜的是，我國掌握的這些技術主要是在軍事方面，還無法投入工業的實際制造中。 3D打印快速成型技術的專利申請量趨勢分析搖通過專利申請的分析,可揭示3D打印技術領域的歷年專利申請及技術研況,從而掌握其技術發展趨勢及全局動態。對檢索到的國內外3D打印技術領域的專利申請量進行統計,結果見圖
國內自20世紀90年代初才開始涉足3D打印技術領域,從圖中可以看出,在1999年之前專利申請量較少,說明當時我國3D打印技術還處于時萌芽期,沒引起足夠的重視,是這也受到我國高科技技術人的缺乏以及3D打印技術研發成本高等方面的約束。2000-2007年間,專利申請量開始穩步增長,進入平穩增長期,2007年之后專利申請量快速增長,直到2011年國內申請量達到了20年來的最高峰,說明我國目前主要處在研發的快速成長階段。
從國內外趨勢線上反映的總體態勢看,我國與國外技術發展差距近10年,處在不同的發展時期。這與研發者的學術敏銳、研發模式及國家層面的重視有關。因此,我國需加強政策扶持,加大研發投入,不斷進行技術研發創新,逐步向產業化邁進,縮小與國外的差距
此外，環掃國內，桌面式3D打印市場基本處于仿制國外技術資源的階段，擁有自主研發技術的公司并不多。值得關注的是，開源策略發生了變化，這對于國內多數的品牌3D打印機仿制者來說并不算是什么好消息，而逐步走向自主研發的道路也是必然的趨勢。雖然這場變化基本在多數仿制者的意料之中，但是其發生時間卻要比預期快很多。除此之外，我們國內用戶與海外用戶在對產品的態度也有著完全相反的態度：國內用戶更為講究實際和效果。在歐美地區，多數用戶購買桌面式3D打印機是源自于個人興趣，而國內用戶主要是以工作為主。這也就是說，國內用戶更加注重3D打印機的效果和穩定性，因此對于產品的小毛病都會嗤之以鼻。目前3D打印出來的成品在外觀和尺寸上比從傳統制造行業流程走出來的產品要差不少，國內3D打印制造商仍然需要不斷的提高打印精準度，甚至加入打磨功能。
3D打印技術在國內沒能夠有大發展的另一個原因在于，國內3D行業“小而散”的局面影響了產業的推廣。目前，我國在3D快速成型技術上的設備、材料及應用領域與國外尚有差距，而活體組織打印是未來重要方向發展3D打印技術。
其實由上圖可以看出我國其實起步并不晚。這方面的研究在上世紀80年代末就已開始，研究力量集中在西安交通大學、華中科技大學和清華大學等高校。 目前，這3所高校仍是我國3D打印技術的研究重地，其中西安交通大學側重研究光固化技術，華中科技大學的優勢在于激光粉末燒結技術，而清華大學則側重塑料堆積技術。我國生產的3D打印機裝備功能已經接近國際先進水平，兩者的差距主要體現在裝備的可靠性和材料研發上。“部分3D打印機的關鍵器件需從國外進口，而用國產零件生產的打印機穩定性不夠。”此外，我國在材料質量和品種上還遠不如美國、德國豐富，許多研發的實驗材料也需要進口。這些方面也導致國內對3D打印技術的研發成本大大的提高了，也是阻礙我國推廣此項技術的絆腳石。
據華中科技大學材料科學與工程學院教授史玉升說，國內與國外雖然還有不小差距，但3D打印技術已經算是我國制造行業與國外先進水平差距很少的技術之一，部分領域幾乎同步，在某些方面還具有自身特色和一定的優勢。北京航空航天大學的王華明教授曾打印出世界上最大的鈦合金復雜構件，產品整體性能遠超鍛件。值得再次提起的是我國的“3D激光焊接快速成型技術”已經是超越了美日，在國際上也是領先的水平。
目前不僅是在我國，在國際上3D打印技術也面臨著一系列的問題：首先是缺乏宏觀規劃和引導。3D打印技術涉及的各大領域，也屬于新能源新技術的研發行列中年，但在在我國工業轉型升級、發展智能制造業、進入創新型國家的相關規劃中，對3D打印這一交叉學科的技術總體規劃與重視不夠。此外，企業對技術研發投入也明顯不足。我國雖已有幾家企業能自主制造3D打印設備，但企業規模普遍較小，研發力量不足。在加工流程穩定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等諸多具體環節，存在較大缺陷，難以完全滿足產品制造的需求，而占據3D打印產業主導地位的美國3Dsystems、stratasys等公司，每年都投入1000多萬美元研發新技術，研發投入占銷售收入的10%左右。兩家公司不僅研發設備、材料和軟件，而且以簽約開發、直接購買等方式，獲得大量來自企業外部的相關細分技術、專利，已掌握一批關鍵核心技術。還有就是缺乏教育培訓和社會推廣。目前，企業購置3D打印設備的數量非常有限，應用范圍狹窄。在機械、材料、信息技術等工程學科的教學課程體系中，缺乏與3D打印相關的必修環節，3D打印停留在部分學生的課外興趣研究層面。
為了在這場潮流中奪得先機，推動我國3D打印技術產業化、市場化進程，加快與國際間的對話交流，促進3D打印技術與傳統制造技術的有機結合，由亞洲制造業協會聯合華中科技大學、北京航空航天大學、清華大學等權威科研機構和3D行業領先企業共同發起的中國3D打印技術產業聯盟于2012年10月15日在北京宣告成立。中國3D打印技術聯盟是全球首家3D打印產業聯盟，標志著我國從事3D打印技術的科研機構和企業從此改變單打獨斗的不利局面，有利于盡快建立行業標準，集中展示我國3D打印技術的良好形象，也便于加強與政府間或國際間的廣泛交流。
中國3D打印技術產業聯盟秘書長羅軍表示未來3至5年是發展關鍵時期，工業級打印將成主要市場。據羅軍估計，產業聯盟成立后，國內3D行業統一了抱團發展的思想，未來3年內有望達到百億產值。而市場缺口打開后，國內3D打印技術市場規模將保持至少一倍以上的增長速度，有可能成為世界3D打印的中心。
結論：
發展3D打印產業,可以提升我國工業領域的產品開發水平,提高工業設計能力;可以生產復雜、特殊、個性化的產品,有助于攻克技術難關;可以形成新的經濟增長點,促進就業。面對新的生產方式變革和發達國家大力推進的"再工業化戰略",我國也應高度重視3D打印等新型數字化制造技術的研發和產業化,加大人才培養、市場培育和應用推廣的力度,努力在數字化革命和智能制造的"機會窗口"前取得3D打印產業發展主動權。 參考文獻：
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3d打印機的發展與現狀范文第2篇
陶瓷3d打印技術具有成型速度快、可打印復雜部件、個性化產品成本低等優點, 將來可用于制備光纖連接器用的陶瓷插針、電子陶瓷器件、多孔陶瓷過濾件、陶瓷牙齒等尺寸小、形狀復雜、精度高的產品。陶瓷3d打印技術在日用及建筑衛生陶瓷領域也有巨大的潛力, 如藝術品陶瓷的個性化制備、浮雕狀腰線磚的快速打印、潔具模具的制造、特殊形狀陶瓷磚的樣板訂制等等。人工做一套衛生陶瓷的模具可能要花費一個月的時間, 利用3d打印技術只需要一到兩天。
與此同時, 陶瓷3d打印技術的商業化還面臨著一系列的問題:制造速度、產品的材料性能、機器和材料成本、成型精度及質量等等。如何有效地堆積出尺寸精確、結構復雜的陶瓷物件, 燒結時復雜燒結體中殘余應力如何消除, 如何保證燒結出致密的陶瓷制品, 以及如何制備更穩定的陶瓷墨水等一系列的技術難題都需要進一步解決。
3d打印機的發展與現狀范文第3篇
3D打印技術被稱為快速成型技術, 也稱為增材制造技術, 于上世紀80年代末90年代初在美國開發興起, 是一種以數字模型文件為基礎, 運用粉末狀金屬、塑料等可粘合材料, 通過逐層打印方式來構造物體的一種加法式、立體一體化制造技術。與傳統制造技術將多余材料“去除”不同的是, 3D打印技術對材料利用“增加”的方法, 是實現加式制造的一種方式。材料的多樣性、激光技術的大面積推廣、控制技術的不斷創新是推動3D打印形成產業化的現實路徑①。
3D打印具有制造復雜物品或產品多樣化不增加成本, 也不需組裝, 并且可以零時間交付, 零技能制造, 不占空間便攜制造等優勢②。而3D打印技術的局限性主要體現在材料上, 目前打印材料主要是塑料、樹脂和金屬等。受材料所限, 3D打印最初的應用局限在建模和工業設計領域。工業3D打印機可以打印復雜的多種材料, 對醫療或工業用途較為理想。比如, 目前通用就可以打印飛機的零部件, BAE系統公司正打印戰斗機零部件, 包括兩種獨立開發的在地面維護期間使用的部件?，F在, 3D打印技術也可用于小批量加工, 這樣, 未來定制個性化的家具、食品、工藝品等商品將變得更加經濟。
目前, 3D打印技術幾乎應用在各個領域, 如 (1) 手工制作領域:數字化生產技術以更為高效、精準、價格低廉的優勢逐步取代手工制作, 助力智能牙刷的原型設計與制造、傳統陶瓷制作突破模具限制; (2) 文化創意和數碼娛樂:3D打造的各種樂器、3D打印的桌面游戲; (3) 航空航天、軍事國防:研制飛機部件、助力NASA的探空計劃、打印噴氣式飛機引擎、槍支的3D打印、制造醫院船模型; (4) 生物醫學:3D打印干細胞、制作人體器官及骨骼模型、助力藥物研制; (5) 消費品:各類玩具的個性定制與制作、珠寶首飾、個性DIY禮品與飾物; (6) 食品生產:3D打印食物、餅干及糕點模具; (7) 建筑工程:完整的一體化家具單元的打印、3D助力維也納城市規劃工作; (8) 考古研究與教育:修復古老文物、還原物件原貌、3D打印制作教學模型、參與課程實驗、應用于模型驗證科學假設; (9) 個性化定制:基于網絡的數據下載、電子商務的個性化打印定制服務。
2.國內外3D打印技術發展現狀
在全球3D打印機行業中, 歐美最為發達。目前美國的3D打印已形成了產業化, 位居全球領先水平, 在世界3D打印市場份額中, 美國約占60%, 德國、日本、中國等各約占10%。但在全球3D打印專利申請量最多的前10家機構中, 日本企業占到7家③。
美國等發達國家高度重視3D打印技術, 甚至將其提升至國家戰略層面。奧巴馬在2012年國情咨文中提到:政府計劃每年向先進制造技術投資5億美元, 并在4年后提高到每年10億美元, 以提升美國的領先地位。雖然美國的3D打印技術已經是全球領先水平, 但就基礎性的研究設施、研發組織的整合以及政府支出力度上來說, 歐盟在3D打印技術上的投入則明顯領先。歐盟政府對3D打印技術研發的投入力度要高于美國政府 (不包括國防及軍事方面不公開的投入) , 并把重點放在相關的尖端領域, 如:英國的加式制造創新中心、歐盟第六框架項目大航空航天組件快速生產以及全程專注航天的SMD技術等等。除此之外, 歐盟3D打印技術的產業群也逐漸在工業界中形成, 并共同致力于加式制造市場的開發及拓展。由此, 在歐盟形成了核心3D打印創新技術源自美國, 而其相關后續研發、技術應用及3D打印技術商業化則由歐盟國家跟進完成的趨勢。
我國的3D打印技術其實自上世紀90年代就已經開始了。我國最早引入3D打印理念的是清華大學教授李永年。3D打印作為一種先進制造、智能制造、綠色制造技術, 也引起了我國工業經濟及科技主管部門的高度重視, 并出臺相關政策扶持發展。如3D打印產業首次入選2013年科技部公布的《國家高技術研究發展計劃 (863計劃) 、國家科技支撐計劃制造領域2014年度備選項目征集指南》。2012年10月, 中國3D打印技術產業聯盟正式宣告成立, 是目前為止全球首家3D產業聯盟, 有利于盡快建立行業標準③。
我國在致力于3D打印的設備開發及技術研究創新領域的公司, 以其規?？梢源笾路譃閮深?一類是規模較為龐大, 運營資金相對充足豐厚、專業人才儲備優勢明顯的公司。這類公司主要著力核心技術的研發創新, 從事高端并且精密的3D打印工程, 集中傾向對工業級3D打印設備及技術的研發, 如航天軍事、武器裝備等。另一類, 則是規模相對較小的, 以創客群體為核心的, 由愛好者們共同組織創建的小型團隊。他們主要從事面向消費市場的3D打印機的研發及市場開拓。這類小公司的主要研發項目大多基于國外開源項目而進行。中國目前比較著名的3D打印公司有中航激光、華曙高科、太爾時代、維示泰克。其中中航激光、華曙高科、太爾時代主要從事高端、重量級、工業級的3D打印事業, 而維示泰克則更傾向于消費領域的個人3D打印機的生產及服務。另外, 現在除了以基礎3D打印設備研發與制造為主營的公司企業外, 國內慢慢涌現出一些以3D打印服務為主的企業, 主要提供3D打印的應用服務, 涉及服務范圍較廣, 包括工業領域的打印服務以及消費市場的應用服務等。
目前, 我國3D打印技術的發展一直受到制約, 存在3D打印設備和原材料的開發等相關核心技術無法突破創新而仍舊依賴歐美等發達國家的問題, 例如國內最大3D打印公司“杭州先臨”, 其快速成型和快速制造設備分別來自美國3D Systems和德國EOS。因此, 由于主要短期內國內技術缺失和市場不成熟等因素, 國內主流3D打印公司都會依賴于“中外合資+合作建廠”模式展開。但中國擁有巨大的技術研發和市場應用前景, 未來3D打印技術在中國市場增長潛力巨大。
3.3D打印商業模式現狀
隨著3D打印技術的不斷發展和應用, 3D打印商業模式已初具雛形。3D打印技術最大的特點是可以把零售商轉化成生產商和服務提供商, 可以為客戶提供規?；?、定制化、個性化的產品, 并重塑供應鏈和物流, 從而成為新的商業實體。3D打印技術的大趨勢是新興技術讓人們和企業對融資, 設計, 模型, 生產, 貨物按需發送都有了自主權④。目前國內外的3D打印模式主要有以下幾種。
3.1 3D打印的軟硬件生產制造商
3D打印的軟硬件生產制造商以3D打印機的研制及生產為主, 如3D Systems, Stratasys, Marker Bot, Fomlabs等, 而其中3D Systems是全世界最大的3D打印制造開發公司, 是最大的3D打印機生產商和解決方案提供者, 是3D打印全產業鏈模式的代表。3D Systems公司在整個產業鏈中研發設備, 提供3D打印服務, 出售打印材料, 提供售后服務和維護, 向客戶提供“一站式”全套增值解決方案, 包括硬件、軟件、材料、工藝、教育培訓和應用支持等, 其解決方案涉及模具、醫療、教育、珠寶、建筑等行業。該公司首席技術總監查爾斯·胡爾 (Charles W.Hull) 是3D打印技術的發明者, 1988年, 該公司生產了第一臺3D打印機。在3D打印的產業鏈上, 除了3D Systems的全價值鏈生產模式, 還有更多公司細分環節, 不僅有打印機生產者, 還有原材料供應商和相關軟件提供商。Stratasys公司主要以生產3D打印機為主, 產品涵蓋桌面打印機、辦公室打印機和工廠打印機。收購了以色列巨頭Objet后, Stratasys公司市值達到14億美元, 對3D Systems的地位構成威脅。在原材料領域, Xerox PARC公司正在研發傳感器、晶體管等電子產品的打印材料, 在應用軟件領域, 出現了越來越多的免費開源軟件, 從而降低了3D打印的設計成本⑤。Maker Bot是3D打印機的供應商及體現自由奔放的創意和在線社區。該公司的成功之處不在于它的技術, 而在于它的娛樂性, 即將設計和制造變成對客戶來說是平等、有趣且充滿變革性的體驗, 例如其下屬公司Thingaverse.com等網站允許設計師上傳各種產品的設計方案, 從芭比娃娃的零件到四旋翼飛行器無所不有, 其他設計師則可以下載、修改他們的方案, 然后再貼回到網站上去。這種全球分享機制催生了一個分散的設計師網絡, 他們可以通過一個全球社區迅速地分享技術進步⑥。
3.2 3D在線打印服務提供商
3D在線打印服務提供商并不直接出售打印機, 而是利用社會媒體對產品模型進行分享以及通過眾包模式來服務大眾的3D打印社會制造公司, 其商業模式是幫助人們利用3D打印技術制作自己想要的產品的網站。Shapeways和Quirky就是當中著名的兩個以應用服務為主的3D打印服務公司, 其中Shapeways最具代表性。Shapeways通過社交網絡把“全價值鏈”搬到了線上, 可以說是3D Systems的網絡版。Shapeways是一家荷蘭公司, 主要利用3D打印技術為客戶提供個性化產品, 是個為客戶提供展示創意及產品的平臺。Shapeways的創始人羅伯特認為消費類3D打印的未來是基于以服務為導向的“平臺”的理念⑤。正是平臺戰略引導了Shapeways成功的商業模式:即由產品設計師、用戶及Shapeways構成的商業模式。Shapeways用戶在網站注冊后, 既可以把自己的產品設計上傳到網站, 也可以購買現有的3D設計圖, 也可以通過分成模式與同網站簽約的兼職設計師合作設計產品, 再選擇和購買原材料下單, 而后, Shapeways會用3D打印機將設計產品打印出來郵寄給用戶。另外, 設計師負責設計與構思的產品, 交由Shapeways制造出成品后, 設計師可以選擇直接取走或是放在Shapeways的平臺上售賣。
Shapeways從3D打印的硬件到軟件一應俱全, 而且大大簡化了傳統實體產品經營的步驟, 如服務商、經銷商的選擇、銷售渠道的建立等。Shapeways在上游聯系3D打印提供商, 搭建平臺, 下游為用戶提供服務的模式在美國獲得成功。Shapeways以個性化定制為核心, 著重于產品的創意以及獨特性, 使得產品的附加值變高。目前, Shape?ways在開放的社區平臺中大約具有產品設計、制造師7000名, 并且有將近20萬的用戶關注并參與3D線上平臺。Shapeways同時已經擁有了近40種的制作材料以供平臺設計師選擇, 以及相當豐富的顏色色板及工藝目錄以供選擇。但目前尚未涉足日常用品的打印, 例如汽車零部件、印刷或制作注塑模具。想要實現這些產品的實際生產, 則依賴于另一家開創性的DIY業務公司100k Garages⑤?？傊? 隨著生活水平逐日提高, 人們對于個性化定制也越發注重, Shapeways這樣基于網絡的社區是具有巨大發展潛力的。
3.3云制造
云制造是一種顛覆傳統大規模流產線的生產制作, 是由3D打印所推動而形成的未來商業模式之一, 由小規模以及各個互聯的單獨制造節點所形成的模式。規模經濟下需要的是大規模集中生產, 而3D打印的出現改變了這一格局, 3D打印催化了云制造的促成。每個分布式的節點相對于每個項目而言都是靈活的, 根據項目自身需要情況來選擇構建這一臨時的分布式系統, 而節點之間資源共享、互不干擾, 但合并后的整體效能將大于每部分之和。云制造降低了每個小型制造企業進入整個市場的門檻, 從而為制造業注入動力來推動創新。云制造與平臺模式和信息網絡化是分不開的。3D打印主要是前后兩端, 前端主要是材料, 依賴材料科學的發展, 但3D打印主要取決于后端, 就是個性化需求, 所以要回到用戶交互平臺⑦。有了交互平臺, 就可以及時處理制造者與用戶之間的溝通, 將信息發布至交互聯通的網絡, 讓各個小型分布式的制造點可以及時了解并滿足信息所散布的需求, 可以隨時隨地進行制作。由此可見, 成熟的云制造模式是滿足3D個性化批量生產理想的商業模式, 但需要交互平臺的有力支持。
3.4 3D打印文件的供應商
3D打印文件的供應商是指生產并且分銷用于3D打印的纖維復合材料。例如, 諾基亞就發布了諾基亞820的3D打印開發包, 讓Lumia手機用戶使用3D打印機制作自己的手機護套。這些設計文件包含機械圖樣、護套尺寸和建議使用的材料。這使得諾基亞成為支持3D打印的第一家大型電子廠商。但需注意, 想要發布的3D打印文件不要影響到本公司的業務發展, 也不要影響到合作伙伴的利益⑧。
3.5家庭3D打印及零售3D打印服務
就像家庭打印機一樣, 諸如Cube, Maker Bot等3D家庭打印機也會走進個人家庭。家庭3D打印資金投入少、價格較低、打印速度快, 但印刷質量較差。對于零售3D打印模式, 目前市場上還沒有, 但是零售商店、大型電子賣場、貨運或辦公室服務都可以實現按需打印, 類似photo?mat商業模式。未來零售3D打印服務在資金投入、印刷質量、打印速度和價格方面都會較為適中⑧。
結語
根據2012年的沃勒報告, 2012年3D打印應用最大市場分別是消費者產品和電子產品、汽車市場以及醫用市場, 分別在3D應用市場占比為22%、18.6、16.4%。未來3D打印會使用在修復技術及直接打印人體功能器官⑨?？傊? 隨著技術的不斷成熟和價格的日益親民化, 3D打印的消費者市場將會急劇上升⑩。
注釋
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3d打印機的發展與現狀范文第4篇
3D打印技術作為一項集光/機/電、計算機、數控及新材料于一體的先進制造技術,其已廣泛應用于航空航天、軍工與武器、汽車與賽車、電子、生物醫學、牙科、首飾、游戲、消費品和日用品、食品、建筑、教育等眾多領域,目前成為一種迅猛發展的潮流。理論上來說,所有的材料都可以用來打印。對于高端領域,打印材料的局限性嚴重阻礙了打印技術的發展。打印材料的瓶頸已經成為研究3D打印的重點問題之一。深圳光華偉業董事長楊義滸認為,目前3D打印材料的問題主要體現在以下幾點:可適用的材料成熟度趕不上打印市場發展的需求;材料打印流暢度不夠;特種材料強度達不到要求;材料的安全性和環境友好性問題;材料的標準化及系列化管理問題等[1]。解決打印材料的一系列問題顯得尤為重要,直接關系到3D打印技術能否帶領我們進入快速制造的新時代。其中研究在生物醫學上應用的材料最引人注目,因為這方面的材料最難做、費用最高。生物醫用材料的3D打印尤為困難,需要考慮材料的強度、安全性、生物相容性、組織工程材料的可降解性等,目前可用于3D打印的生物醫用材料主要有金屬、陶瓷、聚合物、生物墨水等,其特點是分布范圍較廣,但是種類極少[2]。
1 3D打印技術在生物醫學工程中的應用
目前3D打印技術被廣泛應用到生物醫學領域,不僅包括骨骼、牙齒、人造肝臟、人造血管、藥品制造等的實體制造,而且在國際上也開始將此技術用于器官模型的制造與手術分析策劃,個性化組織工程支架材料和假體植入物的制造,以及細胞或組織打印等方面的應用中[3,4,5]。據報道[6],2013年12月劍橋大學再生醫療研究所開創性地通過3D打印技術,用大鼠視網膜的神經節細胞和神經膠質細胞制備得到具有三維結構的人工視網膜。該人工視網膜細胞打印出來后存活率高,并且仍具有分裂生長能力,這一突破性的進展為人類治愈失明帶來了希望。目前已經可以利用3D打印技術和仿生材料制備一些無細胞的修復材料[7],并且已經在臨床上有所應用。未來,可以利用3D打印技術打印出具有生物活性的人體器官,實現人造器官的臨床應用。此外,3D打印技術可以用于個性化治療,降低治療成本,將來開發更多的生物相容性和生物降解材料,與3D打印技術相結合可以減輕因材料的不足而對人體產生的傷害[8,9]。這樣一來3D打印技術必將引領醫療領域的革命潮流。
2 3D打印生物醫用材料
2.1 醫用金屬材料
目前用于研究3D打印的生物醫用材料多為塑料,而金屬材料具有比塑料更好的力學強度、導電性以及延展性,使其在硬組織修復研究領域具有天然的優越性。金屬的熔融溫度比較高,打印的難度較大,所以金屬3D打印一般采用光固化立體印刷(SLA)和選擇性激光燒結(SLS)方式加工,由金屬粉末在紫外光或者高能激光的照射下產生的高溫實現金屬粉末的熔合,逐層疊加得到所需的部件。目前用于生物醫學打印的Sahod料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金等[10]。西安第四軍醫大學西京骨科醫院骨腫瘤科郭征教授帶領的團隊[11],采用金屬3D打印技術打印出與患者鎖骨和肩胛骨完全一致的鈦合金植入假體,并通過手術成功將鈦合金假體植入骨腫瘤患者體內,成為世界范圍內肩胛帶不定形骨重建的首次應用,標志著3D打印個體化金屬骨骼修復技術的進一步成熟。與傳統個體化植入假體制備技術相比,鎖骨、肩胛骨等不定形骨的3D打印個體化鈦合金植入假體具有更高的匹配性,功能及外形也更加得到患者和醫生的認可;多孔設計石骨及軟組織附著長入率高;彈性模量降低,減少應力遮擋并發癥;產品質量穩定,精確度可達到1mm;制備周期短等優勢。目前該技術的缺點就是打印材料昂貴,需要患者承受較大的經濟負擔,難以實現平民化。中國科學院理化技術研究所利用低熔點金屬3D打印技術,如液態金屬Ga67In20.5Sn12.5合金(熔點約為11℃),結合微創手術的方式直接在生物體內目標組織處注射成型醫療電子器件進行了創新性的研究。他們先將生物相容的封裝材料(如明膠)注射到生物組織內固化形成特定結構,再用工具(如注射針頭)在固化的封裝區域內刺入并拔出以形成電極區域,最后將導電金屬墨水,絕緣型墨水乃至配套的微/納尺度器件等順次注射后形成目標電子裝置。通過控制微注射器的進針方向、注射部位、注射量、針頭移位及速度這樣的3D打印步驟,可以在目標組織處按預定形狀及功能構建出終端器件。他們利用該技術在生物體組織內制備出3D液態金屬RFID天線,采用這種生物體內3D打印成型技術制作的柔性器件以其較高的順應性、適形化,以及微創性與低成本特點顯示出良好的應用前景,在植入式生物醫用電子技術領域具有重要意義[12]。隨著納米3D打印技術的出現和發展,納米粉末打印材料成為了研究者們熱議的話題,金屬粉末占據了3D打印粉末市場的主要位置。先進的納米結構粉末對超細的晶體結構要求高,納米結構粉末可以顯著改善打印成品的物理化學力學性能,這些性能的提升將進一步拓寬其在生物醫學領域的應用。然而,因為加工困難、低生產效率和高成本,這些納米粉末的產業化和商業化還是非常困難的。
2.2 醫用無機非金屬材料
無機非金屬生物材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃、氧化物及磷酸鈣陶瓷和醫用碳素材料[13]。其中,生物陶瓷具有高硬度、高強度、低密度、耐高溫、耐腐蝕等優異性能,在醫學骨替代品、植入物,齒科和矯形假體領域有著廣泛的應用[14]。但生物陶瓷韌性不高,硬而脆的特點使其加工成形困難,尤其是形狀或內部結構復雜陶瓷部件需通過模具來成形,而模具加工價格昂貴且開發周期長,難以滿足產品的需求。近年來,針對生物陶瓷制作工藝復雜、成型加工困難的問題,研究者們采用3D打印技術來制備生物陶瓷,并取得了長足的進展。Saijo等[15]采用磷酸三鈣粉末等生物材料制備個性化假體,經處理后術中無需雕刻,可直接植入人體;將3D打印引進到美容整形領域,并取得很好的效果。利用3D打印技術制造美容整形材料既可以實現客戶的各種個性化要求,又能夠做到一次性精確成型,減去了傳統工藝繁瑣的術前雕刻的過程,大大節省了手術時間,因此得到廣泛關注。目前主要有磷酸鈣、磷酸二正硅酸鈣、雙相磷酸鈣、硅酸鈣/β-磷酸三鈣等材質的生物陶瓷。3D打印陶瓷支架具有促進細胞成骨性分化和血管新生的生物活性功能,羥基磷灰石支架可促進神經鞘干細胞向成骨細胞分化[16],雙相磷酸鈣支架中隨著β-磷酸三鈣含量的增加,支架的促進細胞成骨性分化的能力增強,硅酸鈣/β-磷酸三鈣支架中的硅元素的釋放能夠促進骨樣細胞合成成骨因子,促進細胞成骨性分化。磷酸二正硅酸鈣能夠促進血管的增殖和再生[17]。生物陶瓷具有與松質骨相近的抗壓強度和良好的骨誘導能力,但是生物陶瓷需要在高溫環境下打印成型,打印時不能對支架同步涂層促進骨形成的生物活性分子或抗感染藥物[18],同時其脆性高、韌性差、剪切應力弱。目前對生物陶瓷的3D打印研究僅僅局限于硬組織的打印。
生物玻璃是內部分子呈無規排列狀態的硅酸鹽的聚集體,主要含有鈉、鈣、磷等幾種金屬離子,在一定配比和化學反應條件下,會生成含有羥基磷酸鈣的復合物,具有很高的仿生性,是生物骨組織的主要無機成分。由于生物玻璃材料具有降解性和生物活性,能夠誘導骨組織的再生[19],因此在骨組織工程的研究領域被作為組織工程支架材料廣泛應用,在無機非金屬材料領域具有非常廣闊的應用前景。研究者曾用生物玻璃材料制備出猴子大腿骨,植入其體內,經一定時間后取出研究,發現再生的猴子骨細胞已長入生物玻璃的網狀結構內,且結合非常緊密;并且,經力學實驗測試發現這種人造骨比原骨力學性能更優[20]。2011年,美國華盛頓州立大學的研究人員采用3D打印技術將磷酸鈣打印出一種像骨骼的結構[21],可在分解前作為新骨骼細胞生長所需的支架,已在動物身上成功進行了試驗,取得了令人滿意的結果。生物玻璃良好的生物相容性結合3D打印精確成型、快速制造、個性化等諸多優點,必定在組織工程支架材料以及個性化醫療領域取得新的突破。
由于上述的醫用陶瓷材料都需要在高溫條件下加工成型,所以醫用陶瓷材料的3D打印加工通常分為兩個階段:(1)陶瓷粉末與熔點較低的粘結劑混合均勻后在激光照射下燒結出所設計的模型,但是此時的模型只是在粘結劑的作用下將陶瓷粉末粘結成型,力學性能較差,無法滿足應用要求;(2)在激光燒結后,需要將陶瓷制品放到馬弗爐中進行二次燒結。陶瓷粉末的粗細與粘結劑的用量都會影響到陶瓷制品的性能,陶瓷粉末越細越有利于二次燒結時晶粒生長,陶瓷層的質量越好;粘結劑的用量越大,激光燒結過程越容易,但是會造成二次燒結時零件收縮變大,使制品達不到尺寸精度要求。二次燒結過程的溫度控制也會對3D打印陶瓷制品的性能產生影響。
2.3 醫用高分子材料
近年,生物醫用高分子材料可謂異軍突起,成為發展最快的生物醫學材料。生物醫用高分子材料的發展從最開始僅僅利用現成的高聚物到利用合成反應在分子水平上設計合成具有特殊功能的高聚物[22]。目前研究又進入了一個新的階段,尋找具有主動誘導、刺激人體損傷組織再生修復的一類生物活性材料成為熱點[23]。3D打印高分子耗材需要經過特殊處理,還需要加入粘合劑或者光固化劑,且對材料的固化速度、固化收縮率等有很高的要求。不同的打印技術對材料的要求都不相同,但是都需要材料的成型過程快速精確,材料能否快速精確的成型直接關系到打印的成敗。由于生物醫用材料直接與生物系統作用,除了各種理化性質要求外,生物醫學材料必須具有良好的生物相容性,生物醫學材料的開發比其他功能材料的開發具有更嚴格的審核程序,所以對用于生物醫學領域的3D打印高分子材料的研究才剛剛起步[24,25]。韓國浦項科技大學Cho等[26]以PPF(Propylene fumarate)為原料,通過利用光固化立體印刷技術(SLA)制備的多孔支架具有與人松質骨相似的力學性質,且支架能促進成纖維細胞的黏附與分化。此外,通過將PPF支架移植到兔皮下或顱骨缺損部位的實驗結果表明,PPF支架會在動物體內引起溫和的軟組織和硬組織響應,如移植2周后會出現炎性細胞、血管生成和結締組織形成,第8周后炎性細胞密度降低并形成更規則的結締組織。與傳統組織工程支架相比,3D打印組織工程支架可以隨意設計形狀、尺寸、孔的結構和孔隙率等,研究者可以根據不同組織的修復要求來選擇需要打印出的支架結構。
Paulius Danilevicius等[27]采用激光三維打印技術成功制備了三維多孔的聚乳酸(PLA)組織工程支架,并對支架的孔隙率對細胞粘附、生長、繁殖等生理特性的影響進行了一系列的研究。研究結果表明,在制備支架模型的過程中,三維打印技術可以隨意制造任意空洞和孔隙率的PLA組織工程支架,研究者可以輕易得到所需的模型。之后對各種模型進行一系列細胞生物學特性的表征發現,支架的空洞以及孔隙率對細胞的黏附生長有很大的影響,分析對比各項結果后得出了最適合作為組織工程支架的模型。同時也證明了通過3D打印制備的PLA支架有望在骨組織工程中得到廣泛應用。
醫用高分子打印材料具有非常優異的加工性能,可適用于多種打印模式,其中應用最多的是熔融沉積打印和紫外光固化打印兩種模式。熔融沉積打印所使用的是熱塑性的高分子材料,目前最受研究者青睞的是可降解的脂肪族聚酯類材料,如PLA、PCL(Polycaprolactone)。原材料只需要拉成絲狀即可打印,打印材料的制備過程簡單,一般不需要添加打印助劑。紫外光固化打印所用的是液體光敏樹脂,液態樹脂中包含有聚合物單體、預聚體、光(敏化)固化劑、稀釋劑等,液態樹脂的成分以及光固化度都會影響打印產品的性能,尤其是醫療產品的生物相容性和生物活性。
2.4 復合生物材料
復合材料是指兩種以上不同物理結構或者不同化學性質的物質,以微觀或宏觀形式組合而成的材料;或者是連續相的基體與分散相的增強材料組合的多相材料,這類材料用于人工器官、修復、理療康復、診斷、檢查、治療疾病等醫療保健領域,并具有良好生物相容性,則稱為復合生物材料[28]。Falguni Pati等[29]采用多噴頭3DP技術成功打印出PCL/PLA/β-TCP(β-tricalcium phosphate)復合生物材料支架,并將hTMSCs(Human nasal inferior turbinate tissue-derived mesenchymal stromal cells)細胞種植于支架,共培養2周,使hTMSCs細胞生長過程中分泌的細胞外基質附著在支架上,然后進行脫細胞實驗去除支架上hTMSCs細胞,保留細胞外基質,從而得到PCL/PLA/β-TCP/ECM(Extracellular matrix)多組分具有生物活性的復合生物材料支架。該支架中的材料能夠很好地取人之長,補己之短,各組分相輔相成,既能達到骨組織工程材料的力學要求,又能夠促進生物礦化過程。ECM中還包含了多種調節骨細胞生長分化的因子,有望成為骨組織工程支架材料研究的新方向。同時Falguni Pati等[30]還進行了3D脂肪組織工程的研究,第一組以PCL為框架,用脫細胞的脂肪組織為墨水在PCL框架內打印出具有一定形狀和孔洞的三維脫細胞脂肪支架并將其植入小鼠體內;第二組直接用脫細胞的脂肪組織負載目標細胞制成凝膠,通過3D打印技術將凝膠打印在事先準備好的PCL框架內,在體外培養一段時間后植入小鼠體內。研究表明,利用這兩種方法制備的組織工程支架均具有良好的生物相容性且能在小鼠體內培養長出所需的脂肪組織,總的來說,第二組的各項測試數據均優于第一組。由此可見,3D打印技術可以將多種材料復合打印,各組分之間取長補短,相輔相成,在組織工程領域具有得天獨厚的優勢。
與單一組分的或結構的生物材料相比,復合生物材料的性能具有可調性[31]。由于單一生物材料用3D打印制成產品會存在一定的不足,將兩種或者兩種以上的生物材料有機復合在一起,復合材料的各組分既保持性能的相對獨立性,又互相取長補短,優化配置,大大改善了單一材料應用中存在的不足;但是對于理化性質差異較大的兩種材料,如何利用打印的方法將它們很好地融合在一起,發揮它們組合的最大優勢也是目前研究的熱點之一。
2.5 細胞參與的生物3D打印材料
作為前期研究,科學家們已經嘗試用很多3D打印支架與細胞共培養,證明了細胞能夠在多種3D打印支架上存活,并且比普通二維培養的效果要好[32,33]。3D打印的PCL支架已經被證明能與多種細胞共培養,這為將細胞與材料混合成“生物墨水”,共同打印出生物組織奠定了良好的基礎[34,35]。但是這僅僅是細胞與材料的二維作用,并沒有直接將細胞置于打印系統中,只能稱作是非直接細胞參與的生物3D打印。細胞直接參與的生物3D打印是一門多學科交叉綜合的超級學科,需要利用生物學、醫學、材料學、計算機科學、分子生物學、生物化學等多個學科的原理與技術[36],其中,打印材料的選擇是亟需突破的難點之一。水凝膠是由高聚物的三維交聯網絡結構和介質共同組成的多元體系,作為新型的生物醫用材料引起了研究者們的廣泛關注[37]。醫用水凝膠具有良好的生物相容性,其性質組成與細胞外基質相類似,表面粘附蛋白質和細胞的能力弱,基本不影響細胞的正常代謝過程。水凝膠的存在可以進行細胞的保護、細胞間的黏合擴展及器官的構型。因此,水凝膠成為包裹細胞的首選。醫用水凝膠、生物交聯劑(法)、活細胞共同組成生物3D打印所需的“生物墨水”。
美國康奈爾大學的研究人員采用3D生物打印技術,利用Ⅰ型膠原蛋白水凝膠與牛耳活細胞組成的“生物墨水”,成功打印出了人體耳廓。無論是功能還是外表,這個耳廓均與正常人的耳廓十分相似。在后續培養過程中,膠原蛋白水凝膠與細胞相互作用良好,且在培養過程中慢慢降解并被細胞自身合成的細胞外基質所替代。接下來,他們將利用患者自身的耳朵細胞,打印人造耳廓并進行移植[38]。這一消息令人對醫療整形行業的未來產生無限的遐想。醫學界目前使用的人造耳廓主要分為兩類:一是由類軟骨的人造材料制成,其缺點是質感與人耳差異較大;二是通過取出患者部分肋部軟骨“雕刻”新的耳廓,這種方法不僅會給患者造成不小的肉體傷害,而且其美觀及實用程度也嚴重受制于醫生的“雕刻技術”。3D生物打印技術制成的人造耳廓,則沒有上述之虞。
器官3D打印是科學家們一直追求的夢想之一,目前器官打印已經被當作概念股炒作上市,吸引了很多眼球,但3D打印還處于剛剛起步階段,還有很多問題需要解決,尤其是復雜器官的3D打印存在更為巨大的挑戰[39],材料與調節細胞有序地組合、器官內部血管構建、神經系統構建的生長因子的相容是器官打印最難解決的困難。通過3D打印設備將生物相容性細胞、支架材料、生長因子、信號分子等在計算機指令下層層打印,形成有生理功能的活體器官,達到修復或替代的目的,在生物醫學領域有著極其廣泛的用途和前景。近年來3D打印技術發展迅速,已在骨骼、血管、肝臟、乳房構建等方面取得了一些成績,但離復雜器官的功能實現還有很長一段距離。
3 結語
3D打印技術的發展已成為一種新興技術,其在醫學上的應用效果也日益明顯。首先,3D打印技術將有力克服組織損壞與器官衰竭的困難。每個人專屬的組織器官都能隨時打出,這就相當于為每個人建立了自己的組織器官儲備系統。其次,表皮修復、美容應用水平也將進一步提高。隨著打印精準度和材質適應性的提高,身體各部分組織將被更加精細地修整與融合,有助于打造出更符合審美的人體特征。最后,當3D打印設備逐步普及后,在一些緊急情況下,還可利用3D打印機制作醫療用品,如導管、手術工具等,使之更加個性化,同時減少獲取環節和時間,臨時解決醫療用品不足的問題。所以,3D打印技術未來發展趨勢將會在3D打印速度的提升,開發更為多樣的3D打印材料,使3D打印機的體積小型化、成本降低,不斷拓展其更多行業的應用上體現出來。
就目前來看,3D打印在生物醫學方面的研究如雨后春筍般,3D打印技術在制備生物醫用材料特別是組織工程支架材料方面已經取得了諸多成就。然而,3D打印生物醫用材料還是一個非常新鮮的領域,各種研究仍處于初始階段,要想真正實現3D打印生物醫用材料在臨床上的應用還有很長的一段距離,還存在很大的挑戰。材料的研究與發展制約著3D打印技術的發展,適用于3D打印的生物醫用材料的研究與開發將成為未來研究熱點。3D打印生物醫用材料的研發之所以困難,其主要原因在于臨床上對材料的各種性能有極高的要求,材料的選擇受到多種因素的制約,既要考慮材料在打印前后的安全性、生物相容性、降解性能、生物響應性等,又要考慮材料能否達到產業化的要求。所以,3D打印生物醫用材料的研發面臨巨大的挑戰,同樣隨著3D打印技術在程序以及機械方面的快速發展,也出現了很多的機遇。
未來研究3D打印生物醫用材料的重點應該放在:開發更多可打印的生物材料。理論上來講,所有的材料都可以打印,但實際上現在用于生物醫學領域的打印材料還屈指可數。有些具有優異性能的材料由于打印前后收縮率大,材料中所含的添加劑對生物體有害,打印后強度下降等原因,無法滿足生物材料的使用要求,而被排除在3D打印生物材料行列之外。所以,應該通過各種物理化學改性的方法來克服這些被棄用的材料存在的打印問題,開發出更多性能優異的3D打印生物材料。這樣既可以增加臨床應用上的選擇,又可以在一定程度上降低打印費用。
組織工程支架材料的研究與開發。3D打印技術可以任意設計打印產品的空間結構,將3D打印的這個優勢與組織工程理念相結合,就可以針對特定組織設計最優的組織工程支架。在材料的選擇方面,性能越接近細胞外基質的材料越受青睞,因此,需要開發更多可仿生、可降解、具有生物活性的3D打印組織工程支架材料。3D技術與組織工程的結合將為生物組織與器官的重建開辟嶄新的研究領域。
“生物墨水”中3D打印生物材料的研究與開發。實現組織與器官的原位3D打印是科學家們夢寐以求的結果。目前的技術水平僅僅達到了在體外打印有外形無功能的組織與器官,打印材料是其中的難點之一。開發出具有適當力學性能,良好生物相容性,具有生物活性的生物打印材料,將它與活細胞、生物交聯劑(法)、信號分子組成“生物墨水”,力爭將目前3D打印器官存在的諸多問題一一攻破,為實現3D打印真正造福人類奠定基礎。
另外,打印材料與細胞、組織以及血液之間的相容性研究也是重點之一。隨著材料學的日益發展,對生物打印材料的要求日漸嚴苛,打印材料不僅僅要安全無毒,還要起到支架的作用,更要求其具有一定的生物功能,能夠保證物質能量自由交換、細胞活性和組織的三維構建。因此,對打印材料的生物相容性的研究是必不可少的。
摘要：近年來,由于3D打印技術的迅猛發展,有關3D打印技術的應用受到科學界廣泛關注,特別是生物醫學領域。3D打印材料的瓶頸制約著3D打印技術的發展,特別是用于生物醫學領域的打印材料,只有非常局限的幾種,但是研究可打印生物醫用材料意義重大,經濟效益顯著。簡述了3D打印技術在生物醫學工程上的應用。重點綜述了用于3D打印的生物醫用材料,主要涉及金屬、陶瓷、高聚物、復合材料以及生物墨水等,并且闡述了3D打印材料的發展前景。
3d打印機的發展與現狀范文第5篇
3D打印技術(3D printing)，是快速成形技術的一種，它是一種數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術出現在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。
一、3D打印技術簡介
3D打印技術是指通過連續的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，與傳統的去除材料加工技術不同，因此又稱為添加制造(AM，Additive Manufacturing)。作為一種綜合性應用技術，3D打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統，主要由高精度機械系統、數控系統、噴射系統和成型環境等子系統組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設計與控制軟件等也是3D打印技術體系的重要組成部分。
目前，3D打印技術主要被應用于產品原型、模具制造以及藝術創作、珠寶制作等領域，替代這些領域傳統依賴的精細加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫學、建筑、服裝等領域，3D打印技術的引入也為創新開拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫學領域具有重大意義的創新。
二、3D打印技術及產業國際國內發展現狀
(1) 國際情況
經過十多年的探索和發展，3D打印技術有了長足的進步，目前已經能夠在0.01mm的單層厚度上實現600dpi的精細分辨率。目前國際上較先進的產品可以實現每小時25mm厚度的垂直速率，并可實現24位色彩的彩色打印。
目前，在全球3D打印機行業，美國3D Systems和Stratasys兩家公司的產品占據了絕大多數市場份額。此外，在此領域具有較強技術實力和特色的企業/研發團隊還有美國的Fab@Home和Shapeways、英國的Reprap等。
3D Systems公司是全世界最大的快速成型設備開發公司。于2011年11月收購了3D打印技術的最早發明者和最初專利擁有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D打印領域的龍頭地位。Stratasys公司2010年與傳統打印行業巨頭惠普公司簽訂了OEM合作協議，生產HP品牌的3D打印機。繼2011年5月收購Solidscape公司之后，Stratasys又于2012年4月與以色列著名3D打印系統提供商Objet宣布合并。當前，國際3D打印機制造業正處于迅速的兼并與整合過程中，行業巨頭正在加速崛起。
目前在歐美發達國家，3D打印技術已經初步形成了成功的商用模式。如在消費電子業、航空業和汽車制造業等領域，3D打印技術可以以較低的成本、較高的效率生產小批量的定制部件，完成復雜而精細的造型。另外，3D打印技術獲得應用的領域是個性化消費品產業。如紐約一家創意消費品公司Quirky通過在線征集用戶的設計方案，以3D打印技術制成實物產品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創新產品，年收入達到100萬美元。
(2) 國內情況
自20世紀90年代以來，國內多所高校開展了3D打印技術的自主研發。清華大學在現代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優勢;華中科技大學在分層實體制造工藝方面有優勢，并已推出了HRP系列成型機和成型材料;西安交通大學自主研制了三維打印機噴頭，并開發了光固化成型系統及相應成型材料，成型精度達到0.2mm;中國科技大學自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領域得到應用。但總體而言，國內3D打印技術研發水平與國外相比還有較大差距。
近年來，國內如深圳維示泰克、南京紫金立德、北京殷華、江蘇敦超等企業已實現了3D打印機的整機生產和銷售，這些企業共同的特點是由海外歸國團隊建立，規模較小，產品技術與國外廠商同類產品相比尚處于低端。目前，國產3D打印機在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還難以滿足商用的需求，技術水平有待進一步提升。在服務領域，我國東部發達城市已普遍有企業應用進口3D打印設備開展了商業化的快速成型服務，其服務范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設計、文物復原等多個領域。與內地相比，我國港臺地區3D打印技術引入起步較早，應用更為廣泛，但港臺主要著重于技術應用，而非自主研發。
(3)3D打印產業的未來發展前景
根據國際快速制造行業權威報告《Wohlers Report 2011》發布的調查結果，全球3D打印產業產值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增長速度。報告預期，3D打印產業未來仍將持續較快地增長，到2016年，包含設備制造和服務在內的產業總產值將達到31億美元，2020年將達到52億美元。
但3D打印技術要進一步擴展其產業應用空間，目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰：一是成本方面，現有3D打印機造價仍普遍較為昂貴，給其進一步普及應用帶來了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠不適應大規模生產的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突。四是產業環境方面，3D打印技術的普及將使產品更容易被復制和擴散，制造業面對的盜版風險大增，現有知識產權保護機制難以適應產業未來發展的需求。
Gartner公司2011年發布的最新技術發展展望報告判斷：3D打印技術目前正在進入概念炒作的高峰階段，其技術還有待充分成熟，主流市場也有待進一步培育。Gartner公司研究人員認為，3D打印技術成熟到適應市場需求還將需要5～10年的時間。在這一較為漫長的發展過程中，產業可能會面臨增長期望落空、技術遭遇瓶頸以及投資撤離等風險。
總之，從中長期看來3D打印產業具有較為廣闊的發展前景，但目前產業距離成熟階段尚有較大距離，對于3D打印市場規模的短期發展不宜過分高估。因此，現階段產業界對3D打印領域的投入應以加強創新研發、技術引進和儲備為主，尤其要重視自主知識產權的建設和維護，爭取在未來的市場競爭中占據有利地位。如受到概念炒作影響，在技術尚未充分完善的現階段大規模投入產能擴張，則投資回報將面臨著較大的風險。
(4) 3D打印技術未來發展的主要趨勢
隨著智能制造的進一步發展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的發展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。
3d打印機的發展與現狀范文第6篇
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擔保的概念及特點
擔保的概念及特點
《中華人民共和國擔保法》(以下簡稱擔保法”)上的擔保是債權擔保，通常認為是督促債務人履行債務、保障債權實現的一種法律手段。具體地說，債權擔保是指債權人與債務人或與第三人根據法律規定或相互間的約定，以債務人或第三人的特定財產或以第三人的一般財產(包括信譽)擔保債務履行、債權清償的法律制度。這種債權擔保是為保障債權清償而設立的特殊的擔保制度，不同于一般擔保，它是以債務人或第三人的特定財產和第三人的一般財產為特定債權所作的擔保，前者為物的擔保，后者為人的擔保。債權擔保依照法律規定或當事人約定而產生。
擔保有以下特點：
(1)擔保具有從屬性。所謂擔保的從屬性是指擔保從屬于主債，即擔保的成立、變更和終止均依附于主債。如果沒有主債務，擔保不可能發生;如果主合同債權轉移給第三人，擔保權也轉移給第三人，
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主債務變更的，一經擔保人同意，即對擔保人發生效力;主合同的效力影響擔保的效力。
(2)擔保具有自愿性。所謂自愿性是指擔保在大多數情況下依據擔保人、債權人、債務人三方的自愿合意成立，只有少數情況下依據法律規定而成立。債的關系成立后，擔保是否設立、形式如何、擔保人是否愿意提供擔保等，都由擔保人、債權人、債務人平等協商，自愿決定，訂立擔保合同。如果擔保人被欺騙、強迫提供擔保，擔保合同無效。
(3)擔保責任的承擔具有或然性。所謂或然性是指擔保合同成立后，擔保人最終是否承擔擔保責任具有不確定性。只有主合同債務人不履行、不完全履行或不適當履行義務時，債權人在擔保有效期內主動請求擔保人履行擔保義務的，擔保人才承擔擔保責任。如果主合同債務人已經履行、正在履行或有不履行的合法抗辯理由，或者債權人不主動行使擔保請求權或不是在擔保期間提出請求權的，擔保人就不負擔保責任。
(4)擔保具有財產權性。所謂財產權性是指擔保權本質上是一種財產權，反映的是財產權關系。擔保的財產權性可分為物權性和債權性兩種。保證和定金是一種債權，抵押、質押和留置是一種擔保物權，所以，財產性是債權擔保的共性。
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(5)擔保具有變價性。所謂變價性是指作為一種價值權的擔保權，是通過對擔保物的變價受償，而并不要求其實體用意來實現債權。
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