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3D打印無(wú)疑進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，然而各個(gè)國(guó)家的3D打印發(fā)展情況存在著不小的差異，那么美國(guó)現(xiàn)在的3D打印狀況是什么樣的？市場(chǎng)對(duì)這一技術(shù)的接收程度和 使用程度如何？3D打印的市場(chǎng)需求對(duì)研發(fā)和基礎(chǔ)研究提出了哪些要求？AMT美國(guó)制造技術(shù)協(xié)會(huì)的副總裁Tim Shinbara帶來(lái)3D打印在美國(guó)的市場(chǎng)接受度、市場(chǎng)需求、研發(fā)趨勢(shì)。

現(xiàn)狀

工業(yè)行業(yè)對(duì)于3D打印的市場(chǎng)接收度變得越來(lái)越高，尤其是工業(yè)級(jí)的FDM打印機(jī)，以塑料聚合物為原材料的3D打印設(shè)備使用不斷增長(zhǎng)，而這些市場(chǎng)的擴(kuò)張帶來(lái)大量的設(shè)計(jì)師和創(chuàng)客的產(chǎn)生，并且打開(kāi)了設(shè)計(jì)思維的新空間，設(shè)計(jì)思路的打開(kāi)從而對(duì)金屬3D打印在非關(guān)鍵組件的解決方案方面帶來(lái)了加速器般的影響。

而這些進(jìn)入到生活和醫(yī)療等領(lǐng)域的3D打印產(chǎn)品也帶來(lái)了新的法規(guī)和規(guī)范的產(chǎn)生，包括FDA批準(zhǔn)的材料和工藝，如Ti-6Al-4V和PAEK的粉末床制造工藝。中國(guó)的食品和藥品管理局2015年也批準(zhǔn)了這種醫(yī)療應(yīng)用。隨著各方面市場(chǎng)的打開(kāi)，隨之而來(lái)的不僅僅是監(jiān)管和法規(guī)，對(duì)技術(shù)方面的需求也帶來(lái)了開(kāi)發(fā)者新的挑戰(zhàn)。

機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)

展望短期至中期的機(jī)會(huì)，可用的打印材料已經(jīng)成為一個(gè)大家頗感興趣的領(lǐng)域。當(dāng)前，商業(yè)化的打印材料仍然主要來(lái)原有的材料廠商的供應(yīng)鏈，缺乏針對(duì)于增材制造需求的商業(yè)打印材料，也缺乏針對(duì)于打印要求的材料解決方案服務(wù)能力。

研究與開(kāi)發(fā)主要集中在材料開(kāi)發(fā)、過(guò)程監(jiān)控、設(shè)計(jì)優(yōu)化、多材質(zhì)打印、預(yù)測(cè)仿真、表面處理、微／納米打印等方面的工作。陶瓷的生物相容性和高熱的應(yīng)用是一個(gè)挑 戰(zhàn)。當(dāng)前已經(jīng)出現(xiàn)幾家公司在陶瓷和金屬的打印技術(shù)不斷的成熟，縮小技術(shù)與制造準(zhǔn)備水平（MRL&TRL: Manufacturing Readiness Level & Technology Readiness Level）差距。

改進(jìn)設(shè)備工藝的穩(wěn)定性和認(rèn)證方面是另外一個(gè)挑戰(zhàn)。增材制造仍然被認(rèn)為是一個(gè)過(guò)程敏感的技術(shù)，受材料、工藝和設(shè)備的影響很大。

研發(fā)趨勢(shì)

當(dāng)前缺乏足夠的增材制造數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)工具的驗(yàn)證（有限元，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析等）需要在生產(chǎn)環(huán)境中來(lái)進(jìn)行可靠性和可重復(fù)性的測(cè)試。當(dāng)前對(duì)基于經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試依賴 性很高。整個(gè)增材制造行業(yè)在呼喚標(biāo)準(zhǔn)化的快速實(shí)現(xiàn)，特別是對(duì)設(shè)備的可用性和性能規(guī)格。當(dāng)然，過(guò)程控制是下一個(gè)挑戰(zhàn)。過(guò)程控制面臨的挑戰(zhàn)是大多數(shù)加工環(huán)境是 封閉條件下進(jìn)行的。目前研究項(xiàng)目也集中在現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程監(jiān)控，過(guò)程控制主要有兩種方式：一種是通過(guò)直接熔池?zé)岜O(jiān)控，另一種是通過(guò)間接熔池?zé)岜O(jiān)控。

為了更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化，研究正在向更好的優(yōu)化和仿真工具進(jìn)行研究。新的數(shù)學(xué)理論被應(yīng)用到更好地優(yōu)化仿生物理模型，探索所有的基于過(guò)程的結(jié) 構(gòu)-性能關(guān)系。增材制造的關(guān)注點(diǎn)也不再局限于重量節(jié)省或增加機(jī)械性能方面，混合材料和復(fù)合打印正在開(kāi)啟增材制造的又一項(xiàng)潛力。包括粉體性能、熱變形和表面 準(zhǔn)備的研究正在為增材制造打開(kāi)更廣闊的窗口。其他領(lǐng)域的研究和發(fā)展的趨勢(shì)包括超短激光脈沖，利用空氣動(dòng)力學(xué)聚焦納米級(jí)別的3D打印技術(shù)。

作者：Tim Shinbara，AMT副總裁／制造技術(shù)，普渡大學(xué)計(jì)算機(jī)本科，普渡大學(xué)機(jī)械工程技術(shù)碩士，佩波戴恩大學(xué)財(cái)務(wù)方向MBA