3D打印技術(shù)又稱增材制造，是一種通過逐層添加材料構(gòu)建三維物體的創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從原型制作到功能性產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，應(yīng)用前景廣闊。在工業(yè)4.0時(shí)代，伴隨著生成式人工智能的持續(xù)進(jìn)步，3D打印技術(shù)應(yīng)用場域大大拓寬。

一、3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

1.縮短產(chǎn)品研發(fā)周期

3D打印技術(shù)突破了模具設(shè)計(jì)、試制的繁瑣流程，可以直接從CAD模型生成產(chǎn)品原型，無需模具，大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與定制。以汽車制造業(yè)為例，利用3D打印技術(shù)可以快速制造汽車零部件，幫助工程師縮短驗(yàn)證時(shí)間，并對產(chǎn)品零部件進(jìn)行優(yōu)化，大大提高了生產(chǎn)效率。相較于傳統(tǒng)的制造模式，3D打印技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的新產(chǎn)品研發(fā)，將實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到成型的一體化，具有極為可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2.實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造

不受傳統(tǒng)工藝限制的3D打印技術(shù)可以制造復(fù)雜形狀的三維物體，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的便捷性。例如，GEAviation集團(tuán)利用3D打印技術(shù)制造了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜零部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、渦輪盤等。采用傳統(tǒng)制造工藝生產(chǎn)這些零件往往要耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本，而利用3D打印技術(shù)則更加快捷方便，無需復(fù)雜的組裝過程，保證了產(chǎn)品的輕量化與高性能。

3.助力印刷降本增效

降本增效一直是制造業(yè)在可持續(xù)發(fā)展過程中不斷追求的目標(biāo)。3D打印技術(shù)通過逐層累加材料的方式制造產(chǎn)品，減少了復(fù)雜工藝流程中的材料浪費(fèi)，有效降低了生產(chǎn)成本，也無需開發(fā)和維護(hù)模具的高昂費(fèi)用，同時(shí)節(jié)省了庫存成本，實(shí)現(xiàn)了降本。3D打印技術(shù)重塑了印刷流程，滿足了消費(fèi)者的定制化、個(gè)性化、小批量需求，能夠迅速觸達(dá)市場，獲得更多潛在消費(fèi)者的青睞，實(shí)現(xiàn)了增效。可見，3D打印技術(shù)的應(yīng)用必將有助于印刷企業(yè)乃至整個(gè)印刷行業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效，促進(jìn)印刷行業(yè)向著高端智能、輕量多元的方向發(fā)展。

4.環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展

傳統(tǒng)印刷生產(chǎn)過程中往往會產(chǎn)生大量的廢料和污染，3D打印技術(shù)通過精確控制材料使用量，提高了材料的利用率，產(chǎn)生的廢棄物更少，在可持續(xù)發(fā)展方面顯現(xiàn)出巨大的潛力。同時(shí)，3D打印技術(shù)還可以利用可再生材料和生物材料進(jìn)行制造，將進(jìn)一步推進(jìn)印刷行業(yè)的綠色生產(chǎn)。

二、3D打印技術(shù)的應(yīng)用場域

1.制造行業(yè)中的應(yīng)用

從汽車制造到航空航天，再到醫(yī)療器械，3D打印技術(shù)正改變著傳統(tǒng)的制造方式。例如，在汽車制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可被用于制造汽車零部件的原型、工具以及最終產(chǎn)品。在醫(yī)療器械領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可為患者定制個(gè)性化的植入物，如顱骨修復(fù)板、關(guān)節(jié)置換件等。

2.建筑行業(yè)中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)建筑材料的生產(chǎn)模式。3D打印技術(shù)可以制造各種形狀和尺寸的建筑材料和構(gòu)件，如墻體、梁、柱等，可以根據(jù)工程的實(shí)際需要進(jìn)行定制生產(chǎn)，保證建筑材料的硬度與強(qiáng)度，提升建筑物的結(jié)構(gòu)性能和美觀性。利用3D打印技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)建筑材料的回收和再利用，有效降低了建筑垃圾對環(huán)境的污染。除了生產(chǎn)建筑材料以外，3D打印技術(shù)可以制造具有復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的整體建筑。例如，荷蘭MX3D的公司利用3D打印技術(shù)制造了一座完整的不銹鋼橋梁，是3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)中應(yīng)用的一大突破。

3.教育行業(yè)中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)將實(shí)現(xiàn)教育的創(chuàng)新發(fā)展。在教學(xué)過程中，教師利用3D打印技術(shù)制造幾何模型、物理實(shí)驗(yàn)裝置、生物模型等，有效輔助教學(xué)，幫助學(xué)生直觀地理解各類抽象的概念、復(fù)雜的公式和原理。3D打印技術(shù)還有助于學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)并制造各種模型和產(chǎn)品，能夠激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)實(shí)踐能力。

4.文創(chuàng)行業(yè)中的應(yīng)用

在消費(fèi)者個(gè)性化需求日益明顯的今天，利用3D打印技術(shù)可滿足用戶的個(gè)性化、定制化需求，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)印刷行業(yè)與文創(chuàng)行業(yè)的深度融合。例如，消費(fèi)者只需通過語言描述即可通過AIGC技術(shù)生成模型，然后3D打印制作實(shí)物，實(shí)現(xiàn)一體化的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與送達(dá)。此外，3D打印技術(shù)可以用于復(fù)制和修復(fù)珍貴的文物與藝術(shù)品，為藝術(shù)創(chuàng)作和文化遺產(chǎn)保護(hù)提供了新途徑；也可以用于電影、游戲等娛樂產(chǎn)業(yè)的道具制作和場景搭建，實(shí)現(xiàn)高效的創(chuàng)意表達(dá)。

三、3D打印技術(shù)的未來圖景

1.3D打印超級工廠：按需生產(chǎn)與批量制作

3D打印超級工廠建立在高度智能數(shù)字化的基礎(chǔ)上，全面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、流程自動(dòng)化和智能化決策，保證從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都能高效準(zhǔn)確地運(yùn)行，將實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)的升維發(fā)展。具體而言，先進(jìn)的3D打印技術(shù)包括但不限于光固化立體成型（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、熔融沉積建模（FDM）等，以及不斷創(chuàng)新的打印材料和工藝，結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，并做到自動(dòng)優(yōu)化與自適應(yīng)調(diào)整。

區(qū)別于大型工廠，超級工廠將建立模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)體系，各個(gè)部分相互獨(dú)立又共同構(gòu)成一個(gè)整體模塊化的生產(chǎn)模式，將不同部件與工藝靈活組合，滿足不同客戶和訂單的需求，并實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營銷，一鍵觸達(dá)，推行標(biāo)準(zhǔn)化流程和質(zhì)量管理體系，保證印刷產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性。3D打印超級工廠通過高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線，

實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到成品的無縫銜接，減少人為干預(yù)，運(yùn)用3D打印技術(shù)的優(yōu)勢，提供高度定制化的產(chǎn)品和服務(wù)，滿足客戶的個(gè)性化需求，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各類參數(shù)，如溫度、濕度、打印速度、打印質(zhì)量等，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可控性。利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘，發(fā)現(xiàn)潛在問題并優(yōu)化調(diào)整，根據(jù)垂類大模型實(shí)現(xiàn)智能決策，自動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃、資源配置和工藝流程，以達(dá)到最優(yōu)的生產(chǎn)效率和成本控制。

2.個(gè)人3D打印機(jī)：一種家庭標(biāo)配設(shè)備

隨著3D打印技術(shù)的不斷普及和成本的顯著降低，個(gè)人3D打印機(jī)將成為家庭中的標(biāo)配設(shè)備。個(gè)人3D打印機(jī)可以成為家庭教育的有力工具，提升孩子的動(dòng)手能力和空間想象能力。個(gè)人3D打印機(jī)還能為家庭娛樂和創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)提供新途徑。家庭成員共同設(shè)計(jì)并打印有趣的玩具或其他創(chuàng)意物品，享受生活的樂趣和技術(shù)的便捷。此外，個(gè)人3D打印機(jī)搭配AIGC技術(shù)設(shè)計(jì)平臺，能夠通過指令設(shè)計(jì)3D模型，實(shí)現(xiàn)各類零部件甚至整體家具的替換或維修。

3.太空制造：3D打印助力星球基地建設(shè)

隨著人類對太空探索的深入，建立星球基地成為未來航天發(fā)展的重要方向。在星球基地建設(shè)中，從地球運(yùn)輸材料到太空，成本高昂且難度大。3D打印技術(shù)與原位建造技術(shù)的結(jié)合，可以利用星球表面的原材料進(jìn)行打印。我國科學(xué)家通過3D打印技術(shù)將月球風(fēng)化層的土壤制成月壤磚，用于月球基地建設(shè)。華中科技大學(xué)提出了“月壺尊”設(shè)計(jì)方案，將中國傳統(tǒng)磚砌建造方式與3D打印技術(shù)相結(jié)合，采用整體預(yù)制、拼裝局部、打印連接的方式建設(shè)月面基地。

4.新質(zhì)生產(chǎn)力：印刷業(yè)全要素生產(chǎn)率大幅躍升

新質(zhì)生產(chǎn)力是技術(shù)革命性突破、生產(chǎn)要素創(chuàng)新性配置和產(chǎn)業(yè)深度轉(zhuǎn)型升級三者共同催生的結(jié)果，代表一種生產(chǎn)力的躍遷，強(qiáng)調(diào)高科技、高效能、高質(zhì)量，符合新發(fā)展理念的先進(jìn)生產(chǎn)力質(zhì)態(tài)。3D打印技術(shù)是印刷業(yè)繁榮發(fā)展的內(nèi)在邏輯和重要引擎，是實(shí)現(xiàn)印刷業(yè)生產(chǎn)要素創(chuàng)新配置、產(chǎn)業(yè)深度轉(zhuǎn)型和全要素生產(chǎn)率大幅提升的先進(jìn)生產(chǎn)力質(zhì)態(tài)。

作為印刷行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的一種代表，3D打印技術(shù)的高端化制造特點(diǎn)不僅提升了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，還推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的躍升，與人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)了制造過程的智能化、打印過程的自主化監(jiān)測，并以其獨(dú)特的加法制造方式有效減少了材料浪費(fèi)和環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了綠色化生產(chǎn)。

3D打印技術(shù)的縱深發(fā)展，提高了印刷企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，提升了能源利用率，增強(qiáng)了全要素協(xié)同效應(yīng)。3D打印技術(shù)作為新質(zhì)生產(chǎn)力，正以其獨(dú)特的技術(shù)特性與優(yōu)勢，推動(dòng)印刷業(yè)全要素生產(chǎn)率的大幅躍升。

源自網(wǎng)絡(luò)

審核編輯 黃宇