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年來全球先進制造領(lǐng)域興起的一項集光/機/電、計算機、數(shù)控及新材料于一體的先進制造技術(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，大大降低了制造復雜程度。只要在計算機上設(shè)計出結(jié)構(gòu)模型，就可以快速地將設(shè)計變?yōu)閷嵨?，而無需刀具、模具及復雜的加工工藝。3D打印技術(shù)尤其適用于航空航天、武器裝備、生物醫(yī)學、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)動機空心葉片、人體骨骼修復體、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)革命的探討達到高潮。美國學者杰里米?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世紀的蒸汽機和20世紀的電氣化之后的第三次“革命”。而英國《經(jīng)濟學人》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、制模機等傳統(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%，預計2012年將達21億美元，2015年達到37億美元，2019年達到65億美元。

　　3D打印技術(shù)的核心制造思想最早起源于19世紀末的美國，但到20世紀80年代后期3D打印技術(shù)才發(fā)展成熟并被廣泛應用。目前美國、日本、德國等國家的3D打印產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達。在中國，從事3D打印技術(shù)研究的機構(gòu)寥寥無幾，而把3 D打印技術(shù)應用并產(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90年代國家高新技術(shù)研究發(fā)展計劃的實施而應運而生的國內(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，同時致力于快速原型的應用加工服務。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，曾任職于清華大學高分子材料研究所，具有豐富的高分子材料和激光光學的理論和實踐經(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)的應用與材料有著深厚的造詣。早在1995年，他就提出將SLS應用于快速精密制造。與其他3D打印機技術(shù)相比，SLS最突出的優(yōu)點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、蠟模壓型及鑄造型殼等復雜的工藝制作方法，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，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一步提高強度，主要性能指標可達拉伸強度≥15MPa、彎曲強度≥33MPa、沖擊強度≥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，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，無論傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域還是新興的高技術(shù)領(lǐng)域都有著廣泛的應用。然而，陶瓷所固有的高強度、高硬度等優(yōu)點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粘結(jié)劑、無機粘結(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粉體表面進行無機、有機兩次包覆改性，進而制得坯體。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度更高，并且最終制件的成型精度和力學性能更好。

　　金屬粉末可以實現(xiàn)使用高熔點金屬直接燒結(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度零件中的更廣泛的應用具有特別重要的意義。馮濤認為，SLS成型技術(shù)在金屬材料領(lǐng)域中的研究方向應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。型砂與低熔點的高分子材料有兩種混料方法，一種是機械混料，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行SLS成型加工的材料還有石蠟、塑料及其他新材料的復合粉末材料等。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)已廣泛應用于航空航天、與武器、汽車與賽車、電子、生物醫(yī)學、牙科、首飾、游戲、消費品和日用品、食品、建筑、教育等眾多領(lǐng)域?？梢灶A見的是，該技術(shù)將更趨向于日常消費品制造、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。

　　航空航天：航空航天產(chǎn)品具有形狀復雜、批量小、零件規(guī)格差異大、可靠性要求高等特點，產(chǎn)品的定型是一個復雜而精密的過程，往往需要多次的設(shè)計、測試和改進，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)中具有獨特的應用前景。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制造企業(yè)提供直升機發(fā)動機、直升機機匣、蝸輪泵、鈦機架、排氣道(最大高度達到2800mm)、飛機懸掛件、飛輪殼等飛機零部件的生產(chǎn)和服務：1996年，第一臺商品化SLS快速成型機銷往北京航空材料研究院，并成功應用于軍用航空新產(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弥鸩秸归_，參與完成了若干項國家航空航天重點項目的開發(fā)研制任務，如：用于大推力火箭的液氧-煤油和液氧-液氫發(fā)動機、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，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)中應用最廣泛的金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金具有密度低、強度高、抗腐性好、耐高溫等特點，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)重點項目的開發(fā)研制任務，如：JS-Ⅱ型新式坦克的渦輪增壓器，紅外制導儀觀測鏡殼體等，從而進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。而采用模具進行翻砂制模的傳統(tǒng)工藝，使得模具越來越復雜，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)團隊展開了3D打印技術(shù)于汽車發(fā)動機制造領(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，其最大特點一個是成型過程與復雜程度無關(guān)，因此特別適合于內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復雜的發(fā)動機缸體、缸蓋、進排氣管等部件。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)，可有效地應用于發(fā)動機設(shè)計開發(fā)階段中樣機的快速制造。其適合單件和小批量試制和生產(chǎn)的特點，可迅速響應市場和提供小批量產(chǎn)品進行檢測和試驗，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機上，以標準格式(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。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。

　　當前，我國已經(jīng)進入全面建設(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，憑借先進的技術(shù)、規(guī)范的管理、完善的服務和持續(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。