增材制造(Additive Manufacturing,AM)俗称3D打印,融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础,通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料,按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积,制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除-切削、组装的加工模式不同,是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法,从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束,而无法实现的复杂结构件制造变为可能。
自1986年,美国科学家Charles Hull获得SLA技术发明专利,并成立全球首家增材制造公司3D Systems开始,3D打印产业拉开了帷幕。
主要包含材料、研发制造及应用层生产工艺多样化
3D打印是集材料、3D打印设备研发以及下游应用的产业。上游为3D打印材料研发制造层,包括辅助运行(三维扫描仪、控制软件等)、基础配套(步进电机、芯片等)和打印材料(钛合金、金属粉、尼龙材料等)。中游为3D打印设备研发制造,下游为应用领域,3D打印主要应用场景于航空航天、模具铸造、生物医疗、汽车领域等。
3D打印设备主要分为桌面级和工业级两种。桌面级是3D打印技术的初级阶段和入门阶段,能够很直观地阐述3D打印技术的工艺原理。工业级的3D打印机主要分为快速原型制造和直接产品制造两种。两者在打印精度、速度、尺寸等各方面都有不同,其中,打印支撑和打印实体可分参数打印的设计是区分工业机和桌面机的最重要标志。
3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式,并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。
由于我国近年才引入3D打印技术,与国外相比差距非常大,目前全球已经发展至金属3D打印、高分子3D打印、陶瓷3D打印以及生物3D打印技术,我国则主要在层压、激光灯。不过近年来我国生物3D打印技术不断获得突破,推进了3D打印医疗器械、人工组织器官的临床转化进程。