3D打印简介:历史，过程和市场增长

今天的3D打印机始于20世纪80年代的快速原型(RP)技术，并在工业市场中得到了应用。作为专利到期，3D打印技术正在为消费者越来越多。

一个行业的开端

在20世纪80年代发明3D打印机的时候，3D打印机专注于使用计算机辅助设计(CAD)创建比例模型。第一个3D打印机的专利是颁发给查尔斯·赫尔的用立体光刻制作三维物体的仪器”在1986年。赫尔接着创办了第一家3D打印公司，3D系统公司。

在工业制造的这种背景下，大多数3D打印技术受到工业市场公司持有的专利的保护。随着专利到期，面向消费者的3D打印机开始出现。

博士Bryony核心是IDTechex的技术分析师解释说：“自20世纪80年代以来，3D打印技术已经存在;但是，直到2009年赛跑的专利到期，才能保护其具有实惠的消费者热塑性挤压的融合沉积建模（FDM）的所有权。打印机增殖。随后覆盖替代添加剂制造过程的后续专利的到期进一​​步促进了这种生长。“

3D打印过程

3D打印机使用一种称为增材制造的工艺来制造物体。将材料分层放置;每一层添加到前一层，反过来成为下一层的基础。消费市场的大多数3D打印机在打印过程中使用热塑性塑料油墨。这些聚合物在一定的温度范围内变得柔软柔韧，然后当允许冷却时重新凝固。

3D打印机的功能图

参考上面的图表，打印床是对象被打印的地方。它通常被一种粘性材料覆盖，并且与一些油墨一起，它还需要加热，以减少打印对象的失真。挤出机温度可手动设定，具体取决于机型;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控制。

有些打印机配有USB端口，可以从USB驱动器读取文件;其他打印机与外部计算机接口，这些计算机可能正在运行3D打印监控应用程序。微控制器将喷嘴定位在所需的X、Y和Z坐标，并设定特定的墨水量。高精度3D打印机产生最少的浪费材料。

3 d打印机墨水

下面的照片显示了各种长丝，3D打印机使用的最常见的墨水形式。聚乳酸（PLA）和丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）长丝通常用于消费者3D打印机。长丝由直径，需要挤出机温度，需要打印床温，以及打印床应涂覆或覆盖，以获得最佳粘合。

聚乳酸纤维

打印文件格式

用于定位喷嘴并控制墨水的方向从打印文件接收。使用中有许多文件格式。虽然CAD计划是制作文件的传统方式，但今天使用了新的设计工具以及扫描仪和摄像机。

这些工具可以生成和捕获对象的3D打印不需要的数据，并且它们的输出可以是专有格式。如下框图所示，可能需要将文件转换为可接受的3D打印格式。这可能涉及取出额外的数据，修改文件格式，并切片（分层）数据。软件程序如搅拌机，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列出了几种常用的3D打印文件格式。*。STL格式创建支持查克赫尔的原始打印机。它支持一个挤出机的分层过程。随着打印机的发展，其他格式，包括开源的和专有的，也得到了发展。2015年，3D制造格式(*. 3mf)公布。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.	有限元;3D单色(一台挤出机~1980年代)
*．WRL	Vermal;多色(支持多台挤出机)
*．OBJ	开源3D几何格式
*．X3G	makerbot格式
* .pless	扫描仪输出
* .3MF	3D制造格式- 3MF联盟规范(2015年推出，仍在使用)

一个令人兴奋的未来

使用3D打印的行业已经增长，随着捕获3D数据，控制精度和可用材料而有所改善。3D打印会议和博览会，2017年3月在纽约市举行，提供了生物印刷，汽车，航空航天，消费品，医疗，石油和天然气，爱好者/制造商，牙科，教育和珠宝的会议。raybet电子竞技竞猜

作为Patents过期，正在提供新的墨水和印刷技术。电气工程师的令人兴奋的开发是可用性的导电墨水这使得打印物体成为可能，这些物体可以方便地结合传感器或led等电子元件。磁丝也可用，所以打印会粘在磁铁上!

具有长丝，液体，金属和粉末形式可用的复合材料，3D印刷物体正在超越原型设计，以便功能甚至制造的区域。具有超过3个轴的打印机是适用于高端部件的印刷物体。其他技术允许在打印机框架外打印。

下面的照片显示在PLA和碳纤维墨水打印的卷轴持有人。打印都花了4个小时。PLA的成本约为3美元，碳纤维的成本约为5美元;然而，碳纤维堵塞了喷嘴，不得不更换(显然，如果你想使用碳纤维而不产生喷嘴问题，需要一些技巧)。当使用PLA和ABS以外的材料时，检查挤出机温度，是否推荐高级喷嘴。

3D印花阀芯持有人（照片信用：Robinson Cruz）

市场增长

3D打印机市场在2012年为22亿美元;所有的报告和预测都指向一个巨大的增长周期。到2019年，该市场预计将达到72.4亿美元，全球预测到2022年将达到301.9亿美元。

博士核心博士：“即使经过大量媒体炒作，一些市场部门也在报告巨大的增长率。除了通过新用户采用3D打印外，市场的增长将从日益增长的3D打印机中越来越多地使用。在作为标准和设计复杂性所需的大规模定制的行业中，不再增加成本。航空航天和石油和天然气的最终用户行业的增长率最高。“

在航空航天领域，一些公司正在使用该技术生产飞机部件和整个机翼结构。在天然气和石油行业，3D打印组件可以在现场作业中“根据需要”打印替换部件。如果在部件管理系统中包含3D打印机和数字化的部件文件，许多部件就可以打印出来，而不是订购。

3D打印技术的进步每天都在被宣布。这项技术被用于各种各样的应用，从建造心脏到建造房屋!就连美国国家航空航天局(NASA)也在国际空间站上安装了3D打印机(以防万一)。

今天的限制

在工业制造的背景下，3D打印机面临着可以制造的东西的限制，以及围绕打印文件和打印对象的法律框架的不确定性。与每小时生产数百个部件的传统制造技术不同，3D打印是一个缓慢的过程。

除了打印机技术，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，需要进行一定量的搬运，将打印的物体移走并完成。目前，材料有限，一些印刷技术可能最终并不适合所有市场。

3d打印的物体可能有不同程度的复杂性，需要不同程度的处理

问题围绕着发生故障时部件的责任，以及如何处理涉及的知识产权。如果一个零件是在你家外面的卡车上打印出来的，就像亚马逊的一项专利暗示的那样，那么责任是否与从供应商的生产设施运输出来的零件相同?随着这些问题的解决，3D打印将有一个令人兴奋的未来，远远超出查克•赫尔(Chuck Hull)申请专利时的想象。

考虑到成本

在工业市场，3D打印的经济学必须适应传统的企业管理:生产零部件的成本是多少?投资的回报是什么?如何保护知识产权?如果组件失败，业务面临什么责任?组件能否在所需的时间框架内交付?

消费者市场上有各种各样的3D打印机，价格也有相应的变化;Quintessential通用建筑设备售价不到200美元，而MakerBot的Replicator Z18模型售价超过6000美元。随着3D打印机变得越来越便宜，图书馆为他们的顾客提供3D打印站也就不足为奇了，如下图所示。只需一小笔费用，上传的文件就可以打印出来，准备好了就可以取走。

3D打印机站，顶峰免费公共图书馆，顶峰，新泽西州。

最后，这很有趣！

对于工程师、制造商和创造者来说，进入3D打印领域是一个有趣的时刻。许多网站都提供文件供下载使用3D打印机的选项即使购买一个不在您不久的将来。随着3D打印机变得更加常见，越来越多的用途将可用。

不管你在哪个市场，如果你正在考虑购买3D打印机，Core博士建议:“有了如此多样化的选择，仔细检查市场上的打印机工艺、材料和软件，最适合你的需要，以确保你利用这一点颠覆性技术有效。”