介绍3D打印：历史，流程和市场增长

当今的3D打印机从1980年代的快速原型制作（RP）技术开始，并在工业市场中找到了使用。随着专利的到期，3D打印技术正在越来越多地为消费者使用。

行业的开始

在1980年代发明时，3D打印机专注于使用计算机辅助设计（CAD）创建规模模型。3D打印机的第一份专利已向查尔斯·赫尔（Charles Hull）颁发。通过立体光刻生产三维对象的设备“ 1986年。赫尔继续创立了第一家3D印刷公司3D Systems Corporation。

在这种工业制造业的背景下，大多数3D打印技术受到工业市场公司持有的专利保护。随着专利的过期，适合消费者的3D打印机开始出现。

Bryony Core博士，IDTechex的一名技术分析师解释说：“ 3D打印技术自1980年代以来就已经存在；但是，直到Stratasys在2009年获得专利的到期，才能保护他们对融合沉积建模（FDM）的所有权（FDM）的所有权，才能负担得起的负担得起的消费者热塑料挤出挤出。打印机扩散。随后的专利涵盖替代性添加剂制造工艺的到期进一​​步推动了这一增长。”

3D打印过程

3D打印机使用称为添加剂制造的过程构建对象。材料以分层的形式放下；每层添加到上一层，进而成为下一层的基础。消费市场中的大多数3D打印机在印刷过程中都使用热塑性油墨。这些聚合物在温度范围内变得柔软且柔韧，然后在允许冷却时重新固定。

3D打印机的功能图

指上面的图，打印床是对象打印的地方。它通常覆盖有粘合剂材料，并且有些油墨还需要加热以最大程度地减少印刷物体中的失真。挤出机温度可以手动设置，具体取决于模型。喷嘴位置由微控制器控制，该微控制器由打印文件中的命令指向。

一些打印机合并USB端口以读取USB驱动器的文件；其他打印机接口与外部计算机，可能正在运行3D打印监视器和控制应用程序。微控制器将喷嘴位于所需的X，Y和Z坐标处，并设置了特定量的墨水。高精度3D打印机产生的浪费最少。

3D打印机油墨

下图显示了各种细丝，这是3D打印机使用的最常见的墨水形式。乳酸（PLA）和丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）丝通常用于消费者3D打印机。细丝按直径分类，所需的挤出机温度，需要打印床温度，以及应覆盖或覆盖的印刷床以获得最佳粘附。

PLA细丝

打印文件格式

从打印文件接收到用于定位喷嘴和控制墨水的说明。使用许多文件格式。尽管CAD程序一直是生产文件的传统方式，但如今，使用了更新的设计工具以及扫描仪和相机。

这些工具可以生成和捕获对象的3D打印所需的数据，并且它们的输出可能采用专有格式。如下图所示，可能需要将文件转换为3D打印的接受格式。这可能涉及删除额外的数据，修改文件格式以及切片（分层）数据。软件程序，例如搅拌机，一个开源3D创建套件，将接受并翻译许多文件格式。

生成3D打印文件

表1列出了使用的3D打印文件格式中的一些。*.STL格式的创建是为了支持Chuck Hull的原始打印机。它支持一个挤出机的分层过程。随着打印机的开发，开发了其他格式，包括开源和专有形式。2015年，宣布了3D制造格式（*.3MF）。由3MF财团开发和支持，目的是标准化3D打印文件。

一些3D打印文件格式

*.stl	立体光刻；3D单色（一个挤出器〜1980S）
*.wrl	vermal;多色（支持多个挤出机）
*.obj	开源3D几何格式
*.x3g	Makerbot格式
*.ply	扫描仪输出
*.3mf	3D制造格式-3MF财团规范（于2015年推出，仍在使用）

令人兴奋的未来

使用3D打印的行业已增长，随着捕获3D数据，控制准确性和可用材料的改进。3D打印会议与博览会，2017年3月在纽约市举行，举办了生物打印，汽车，航空航天，消费产品，医疗，石油和天然气，业余爱好者/制造商，牙科，教育和珠宝的会议。beplay网页版本

随着专利的到期，正在提供新的墨水和印刷技术。电气工程师的激动人心的发展是可用导电油墨，这使得可以打印可以方便地包含电子组件（例如传感器或LED）的对象。还可以使用磁性丝，因此印刷品会粘在磁铁上！

3D印刷物体以灯丝，液体，金属和粉末形式提供复合材料，超越了原型，甚至是功能性甚至制造的区域。具有3个以上轴的打印机是适合高端组件的打印对象。其他技术允许在打印机框架外打印。

下面的照片显示了用PLA和碳纤维油墨打印的线轴支架。两者都花了4个小时才能打印。PLA的成本约为3.00美元，碳纤维的成本约为5.00美元；但是，碳纤维堵塞了喷嘴，必须更换喷嘴（显然，如果您想使用碳纤维而没有喷嘴问题，则需要一些技巧）。使用PLA和ABS以外的其他材料时，请检查挤出机温度以及是否建议使用高级喷嘴。

3D打印的线轴支架（照片来源：Robinson Cruz）

市场增长

3D打印机市场在2012年为22亿美元；所有报告和预测都表明了一个巨大的增长周期。预计到2019年，该市场预计将达到72.24亿美元，到2022年，全球预测将为301.9亿美元。

Core Dr. Core Notes：“即使媒体大肆宣传，一些市场领域也报告了巨大的增长率。除了新用户采用3D打印外，现有用户之间3D打印机的使用越来越多，市场的增长也将部分产生。在需要大规模定制的行业中，标准和设计复杂性不再增加成本。航空航天和石油和天然气在最终用户行业的增长率最高。”

在航空航天中，公司正在使用该技术生产飞机组件和整个机翼结构。在天然气和石油行业中，3D打印的组件允许在现场操作中按照“需要”的基础打印替换零件。如果零件管理系统中包含3D打印机和数字化组件文件，则可以打印许多组件而不是订购。

每天宣布3D打印的进步。该技术已用于从建筑物到建造房屋的各种应用！甚至NASA在国际空间站上都有3D打印机（在那一刻）。

今天的极限

在工业制造业的背景下，3D打印机在围绕印刷文件和印刷对象的法律框架内面临可能制造的限制以及不确定性。与传统的制造技术每小时数百个组件不同，3D打印是一个缓慢的过程。

除了打印机技术之外，为3D打印对象提供文件还需要建模和软件方面的专业知识。打印完成后，需要进行一定量的处理来删除印刷对象并完成。目前，材料是有限的，一些印刷技术最终可能不适合所有市场。

3D打印的对象可以具有可变的复杂性水平，并且需要可变的处理级别

问题涉及零件失败时零件的责任，以及如何处理所涉及的知识产权。如果按照亚马逊的专利提示，如果零件被打印在房屋外的卡车上，责任与从供应商的制造工厂发货的零件相同吗？随着这些问题的解决，3D打印的未来是一个令人兴奋的未来，远远超出了查克·赫尔（Chuck Hull）提交专利时所想象的。

考虑成本

在工业市场中，3D打印的经济学必须适合传统的业务管理：生产组件的成本是多少？投资回报率是多少？知识产权如何受到保护？企业面孔应失败的业务面临什么责任？可以在所需的时间范围内交付组件吗？

消费市场可提供3D打印机的广泛范围，价格有相应的差异。典型的通用建筑设备的价格不到200美元，而Makerbot的复制器Z18型号的价格超过6000美元。随着3D打印机变得越来越实惠，找到提供3D打印站的图书馆（如下所示）为他们的顾客而言，这并不奇怪。只需少量费用，就可以在准备就绪时打印和拾取上传的文件。

3D打印机站，峰会免费公共图书馆，新泽西州峰会。

最后，这很有趣！

对于工程师，制造商和创作者来说，这是进入3D打印的有趣时机。许多网站提供下载的文件，并且有使用3D打印机的选项即使购买一个不久的将来也不是。随着3D打印机变得越来越普遍，将越来越多的用途可用。

无论您的市场如何确保您利用这一点破坏性技术有效率的。”