3D打印技術(shù)屬于一種非傳統(tǒng)加工工藝，也稱為增材制造、快速成型，是近30年來全球先進(jìn)制造領(lǐng)域興起的一項集光/機(jī)/電、計算機(jī)、數(shù)控及新材料于一體的先進(jìn)制造技術(shù)。與傳統(tǒng)制造在材料上做減法不同，3D打印奉行的是加法守則，即通過將粉末、液體片狀等離散材料逐層堆積，“自然生長”成三維實體，再將三維實體變?yōu)槿舾啥S平面，大大降低了制造復(fù)雜程度。只要在計算機(jī)上設(shè)計出結(jié)構(gòu)模型，就可以快速地將設(shè)計變?yōu)閷嵨铮鵁o需刀具、模具及復(fù)雜的加工工藝。3D打印技術(shù)尤其適用于航空航天、武器裝備、生物醫(yī)學(xué)、模具等領(lǐng)域中批量小、結(jié)構(gòu)非對稱、曲面多及內(nèi)容結(jié)構(gòu)零部件(如航空發(fā)動機(jī)空心葉片、人體骨骼修復(fù)體、隨形冷卻水道)的快速制造，非常符合現(xiàn)代及未來工業(yè)制造的發(fā)展趨勢。

　　今年以來，對第三次工業(yè)革命的探討達(dá)到高潮。美國學(xué)者杰里米?里夫金稱，互聯(lián)網(wǎng)與新能源的結(jié)合，將會產(chǎn)生新一輪工業(yè)革命——這將是人類繼19世紀(jì)的蒸汽機(jī)和20世紀(jì)的電氣化之后的第三次“革命”。而英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志也指出，3D打印技術(shù)市場潛力巨大，勢必成為引領(lǐng)未來制造業(yè)趨勢的眾多突破之一。這些突破將使工廠徹底告別車床、鉆頭、沖壓機(jī)、制模機(jī)等傳統(tǒng)工具，改由更加靈巧的電腦軟件主宰，這便是第三次工業(yè)革命到來的標(biāo)志。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2010年增材制造3D打印行業(yè)的總產(chǎn)值達(dá)到了13.25億美元，比上一年增長24.1%，2011年全球營收17億美元，比上年增長29.4%，預(yù)計2012年將達(dá)21億美元，2015年達(dá)到37億美元，2019年達(dá)到65億美元。

　　3D打印技術(shù)的核心制造思想最早起源于19世紀(jì)末的美國，但到20世紀(jì)80年代后期3D打印技術(shù)才發(fā)展成熟并被廣泛應(yīng)用。目前美國、日本、德國等國家的3D打印產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)。在中國，從事3D打印技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)寥寥無幾，而把3 D打印技術(shù)應(yīng)用并產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)更是屈指可數(shù)，北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司便是隨著20世紀(jì)90年代國家高新技術(shù)研究發(fā)展計劃的實施而應(yīng)運(yùn)而生的國內(nèi)最早的一家3D打印企業(yè)。成立于1994年的北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司，注冊資金1700萬。創(chuàng)立當(dāng)年便研制成功了中國第一臺SLS快速成型設(shè)備——AFS-360，之后便傾力開發(fā)選區(qū)激光粉末燒結(jié)(SLS，Selective Laser Sintering)快速成型機(jī)，同時致力于快速原型的應(yīng)用加工服務(wù)。如今，其合作伙伴遍布大江南北，其中包括國內(nèi)眾多科研院所和各汽車制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。

　　北京隆源總工程師馮濤，畢業(yè)于清華大學(xué)，曾任職于清華大學(xué)高分子材料研究所，具有豐富的高分子材料和激光光學(xué)的理論和實踐經(jīng)驗，是我國最早從事激光快速自動成型技術(shù)研究的專家之一。他對于3D打印技術(shù)的應(yīng)用與材料有著深厚的造詣。早在1995年，他就提出將SLS應(yīng)用于快速精密制造。與其他3D打印機(jī)技術(shù)相比，SLS最突出的優(yōu)點(diǎn)在于它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說，任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料都可以作為SLS的成型材料。目前可成功進(jìn)行SLS成型加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的復(fù)合粉末材料。SLS的成型材料品種多、用料節(jié)省、成型件性能分布廣泛，加之SLS無需設(shè)計和制造復(fù)雜的支撐系統(tǒng)，適合多種用途。在他的帶領(lǐng)下，北京隆源相繼成功研制出鑄造熔模、蠟?zāi)盒图拌T造型殼等復(fù)雜的工藝制作方法，以及聚苯乙烯粉末、合成材料在3D打印中的應(yīng)用方法。

　　對于SLS的成型材料，馮濤為之一一作出了詳解。

　　聚苯乙烯是最早工業(yè)化的塑料之一，屬于無定形聚合物，它的比熱度低，加熱流動和冷卻固化速度快，熔體粘度適中，且流動性和熱穩(wěn)定性較好，有利于SLS燒結(jié)成形。聚苯乙烯無明顯熔點(diǎn)，熔融溫度的范圍較寬，約在95℃開始軟化，120℃～180℃之間成為流體，300℃以上開始分解，放出氣體，到380℃以上就會劇烈分解。聚苯乙烯受熱后可熔化、粘結(jié)，冷卻后可以固化成型，而且該材料吸濕率小，成型件浸樹脂后可進(jìn)一步提高強(qiáng)度，主要性能指標(biāo)可達(dá)拉伸強(qiáng)度≥15MPa、彎曲強(qiáng)度≥33MPa、沖擊強(qiáng)度≥3MPa，可作為原型件或功能件使用，也可用做消失模鑄造用母模。

　　陶瓷作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料，具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，無論傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域還是新興的高技術(shù)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。然而，陶瓷所固有的高強(qiáng)度、高硬度等優(yōu)點(diǎn)卻同時給陶瓷件的成型、加工帶來了很多困難，因而陶瓷粉末很難通過SLS技術(shù)直接燒結(jié)。為解決這個問題，常用的方法是添加有機(jī)粘結(jié)劑、無機(jī)粘結(jié)劑和金屬粘結(jié)劑。北京隆源公司提出以Si3N4(氮化硅，一種新型陶瓷的主要成分)粉末為原料，利用SLS制備介觀α-SiAlON陶瓷轉(zhuǎn)子的方法。即對Si3N4粉體表面進(jìn)行無機(jī)、有機(jī)兩次包覆改性，進(jìn)而制得坯體。這種采用粘結(jié)劑包覆遐爾聞名粉末的方式制得的坯體比粘結(jié)劑與陶瓷混合得到的坯體強(qiáng)度更高，并且最終制件的成型精度和力學(xué)性能更好。

　　金屬粉末可以實現(xiàn)使用高熔點(diǎn)金屬直接燒結(jié)成型零件，對3D打印技術(shù)在用傳統(tǒng)切削加工方法難以制造出的高強(qiáng)度零件中的更廣泛的應(yīng)用具有特別重要的意義。馮濤認(rèn)為，SLS成型技術(shù)在金屬材料領(lǐng)域中的研究方向應(yīng)該是單元體系金屬零件燒結(jié)成型，多元合金材料零件的燒結(jié)成型，先進(jìn)金屬材料如金屬納米材料、非晶態(tài)金屬合金等的激光燒結(jié)成型等，尤其適合于硬質(zhì)合金材料微型元件的成型。此外，根據(jù)零件的具體功能及經(jīng)濟(jì)要求來燒結(jié)形成具有功能梯度和結(jié)構(gòu)梯度的零件。

　　覆膜砂采用熱固性樹脂如酚醛樹脂加入鋯砂、石英砂的方法制得、利用激光燒結(jié)方法制得原型可直接用做鑄造用砂型(芯)來制造金屬零件，其中鋯砂具有更好的鑄造性能，尤其適具有復(fù)雜形狀的有色合金鑄造如鎂、鋁等合金的鑄造。型砂與低熔點(diǎn)的高分子材料有兩種混料方法，一種是機(jī)械混料，另一種是將高分子材料加熱熔化，把型砂倒入，攪拌均勻，使型砂表面覆蓋一層高分子材料。由于覆膜砂的燒結(jié)性能好，故常用于汽車制造業(yè)及航空工業(yè)等領(lǐng)域。

　　此外，目前北京隆源可成功進(jìn)行SLS成型加工的材料還有石蠟、塑料及其他新材料的復(fù)合粉末材料等。SLS的成型材料品種多、用料節(jié)省、成型件性能分布廣泛，加之SLS無需設(shè)計和制造復(fù)雜的支撐系統(tǒng)，適合多種用途。

　　3D打印技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、與武器、汽車與賽車、電子、生物醫(yī)學(xué)、牙科、首飾、游戲、消費(fèi)品和日用品、食品、建筑、教育等眾多領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見的是，該技術(shù)將更趨向于日常消費(fèi)品制造、功能零件制造及組織與結(jié)構(gòu)一體化制造的方向。經(jīng)過19年的探索與創(chuàng)新，北京隆源在3D打印技術(shù)的應(yīng)用上在中國已成為領(lǐng)軍者，并為中國的航空航天、汽車、等行業(yè)的騰飛作出了突出的貢獻(xiàn)。

　　航空航天：航空航天產(chǎn)品具有形狀復(fù)雜、批量小、零件規(guī)格差異大、可靠性要求高等特點(diǎn)，產(chǎn)品的定型是一個復(fù)雜而精密的過程，往往需要多次的設(shè)計、測試和改進(jìn)，耗資大、耗時長，傳統(tǒng)方法難以制造。因此，3D打印技術(shù)以其靈活多樣的工藝方法和技術(shù)優(yōu)勢而在現(xiàn)代航空航天產(chǎn)品的研制與開發(fā)中具有獨(dú)特的應(yīng)用前景。北京隆源憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢，為我國航空航天等部門及飛機(jī)制造企業(yè)提供直升機(jī)發(fā)動機(jī)、直升機(jī)機(jī)匣、蝸輪泵、鈦機(jī)架、排氣道(最大高度達(dá)到2800mm)、飛機(jī)懸掛件、飛輪殼等飛機(jī)零部件的生產(chǎn)和服務(wù)：1996年，第一臺商品化SLS快速成型機(jī)銷往北京航空材料研究院，并成功應(yīng)用于軍用航空新產(chǎn)品的開發(fā);1999年，第二代商品化設(shè)備AFS-320成功推向市場?？焖俪尚偷膽?yīng)用逐步展開，參與完成了若干項國家航空航天重點(diǎn)項目的開發(fā)研制任務(wù)，如：用于大推力火箭的液氧-煤油和液氧-液氫發(fā)動機(jī)、衛(wèi)星陀螺儀框體等。

　　軍事工業(yè)：3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，具有簡單、易操作等特點(diǎn)，特別是對于一些新材料的加工，成效尤為顯著。比如鋁合金一直是軍事工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、抗腐性好、耐高溫等特點(diǎn)，作為結(jié)構(gòu)材料，因其加工性能優(yōu)良，可制成各種截面的型材、管材、高筋板材等，以充分發(fā)揮材料的潛力，提高構(gòu)件的剛強(qiáng)度。所以，鋁合金是武器輕量化首選的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。北京隆源利用3D打印技術(shù)，參與完成了多項國家軍事工業(yè)重點(diǎn)項目的開發(fā)研制任務(wù)，如：JS-Ⅱ型新式坦克的渦輪增壓器，紅外制導(dǎo)儀觀測鏡殼體等，從而進(jìn)一步推動了我國軍事工業(yè)的發(fā)展。

　　汽車制造：隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車產(chǎn)量迅猛增長，一些關(guān)鍵性零部件也日趨復(fù)雜化、大型化和輕量化，這便要求實現(xiàn)零部件的整體化和集成化制造。而采用模具進(jìn)行翻砂制模的傳統(tǒng)工藝，使得模具越來越復(fù)雜，活塊數(shù)量也急劇增加，這些因素在一定程度上都制約了我國汽車工業(yè)的發(fā)展。在中國, 引領(lǐng)國內(nèi)3D打印技術(shù)的北京隆源的技術(shù)團(tuán)隊展開了3D打印技術(shù)于汽車發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域的研究。SLS是利用紅外激光光束所提供的熱量熔化熱塑性材料以形成三維零件，其最大特點(diǎn)一個是成型過程與復(fù)雜程度無關(guān)，因此特別適合于內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、進(jìn)排氣管等部件。此外，SLS技術(shù)成型材料廣泛，特別是可以用鑄造的樹脂砂和可消失熔模材料成型，因此，可以通過與鑄造技術(shù)結(jié)合，快速鑄造出發(fā)動機(jī)的部件。SLS技術(shù)與鑄造技術(shù)的結(jié)合，衍生出快速鑄造技術(shù)，可有效地應(yīng)用于發(fā)動機(jī)設(shè)計開發(fā)階段中樣機(jī)的快速制造。其適合單件和小批量試制和生產(chǎn)的特點(diǎn)，可迅速響應(yīng)市場和提供小批量產(chǎn)品進(jìn)行檢測和試驗，有助于保證產(chǎn)品開發(fā)速度。其成型工藝過程的可控性，可在設(shè)計開發(fā)階段低成本地即時修改，以便檢驗設(shè)計或提供裝配模型。有助于提高產(chǎn)品的開發(fā)質(zhì)量，其快速成型原材料地多元性，為產(chǎn)品開發(fā)階段提供了不同地工藝組合，由于SLS原材料的國產(chǎn)化和成型工藝可與傳統(tǒng)工藝有機(jī)結(jié)合，有助于降低開發(fā)成本，其組合工藝的快捷性，支持產(chǎn)品更新?lián)Q代頻次的提高，有助于推動產(chǎn)品早日進(jìn)入市場。

　　北京隆源利用3D打印技術(shù)，為汽車制造商生產(chǎn)發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、變速箱殼等，不僅制造速度快而且精度高，從而使得汽車復(fù)雜零部件制造變得數(shù)字化、精密化、柔性化、綠色化。如今，國內(nèi)眾多的高鐵、動車、地鐵的發(fā)動機(jī)中都可以看到隆源的產(chǎn)品。

　　生物醫(yī)藥：目前3D打印技術(shù)也被應(yīng)用到生物醫(yī)藥領(lǐng)域，包括骨骼、牙齒、人造肝臟、人造血管、藥品制造等。北京隆源與北京大學(xué)口腔醫(yī)院合作，由口腔醫(yī)院將患者的CT掃描數(shù)據(jù)從CT工作站經(jīng)Magics軟件處理后傳輸至PC機(jī)上，以標(biāo)準(zhǔn)格式(Dicom 格式)刻錄存儲，后提供給隆源，隆源據(jù)此開發(fā)研制了AFS-320型快速成型機(jī)。該設(shè)備采用選區(qū)激光粉末燒結(jié)法，原料為聚苯乙烯粉末，制作成實體模型，可用于口腔醫(yī)療中顴上頜骨骨纖維異常增生等癥狀，并取得了很好的療效。同時，在陳舊性顴骨顴弓粉碎性骨折的治療中，臨床應(yīng)用結(jié)果表明，治療效果良好。目前，隆源在醫(yī)療領(lǐng)域又有了新的方向，即牙科領(lǐng)域?qū)I(yè)快速成型和快速制造方案：使用特定的CAD軟件可以實現(xiàn)義齒的CAD設(shè)計，包括牙基底、牙冠、牙橋、牙罩冠、牙貼面、牙鑲嵌等3D設(shè)計。有了CAD設(shè)計，義齒的快速成型和快速制造便可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，效果高，耗材少，成本低。

　　當(dāng)前，我國已經(jīng)進(jìn)入全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時期和深化改革開放、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的攻堅時期。3D打印技術(shù)的發(fā)展具有廣闊市場前景、資源消耗低、帶動系數(shù)大、就業(yè)機(jī)會多、綜合效益好等一系列戰(zhàn)略優(yōu)勢，能夠在此基礎(chǔ)上培育出一批戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群，有利于推動升級一批重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)集群。我們相信，北京隆源作為國內(nèi)最早發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的公司，憑借先進(jìn)的技術(shù)、規(guī)范的管理、完善的服務(wù)和持續(xù)的創(chuàng)新，將繼續(xù)在中國3D打印產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展中一路領(lǐng)先、大步向前。