3D打印工作原理、发展历程、优势及政策情况如何？

一种新型制造方式，传统加工技术的重要补充。

1、3D 打印属于增材制造，具有“自由制造、去模具、减废料、降库存”的优势

根据《中国战略性新兴产业研究与发展：增材制造》，增材制造（AM）是一种基于离散-堆积原理形成实体物品的新型制造方式，融合了信息网络技术、先进材料技术、数字制造技术。增材制造又称“3D 打印”，是基于三维模型数据，采用与传统减材制造技术（对原材料去除、切削、组装的加工模式）完全相反的逐层叠加材料的方式，直接制造与相应数字模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。其基本原理为：以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，将三维实体变为若干个二维平面，利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末、树脂等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成形，制造出实体产品。 人类制造方式经历了等材制造、减材制造和增材制造三个发展阶段。

等材制造是指通过铸、锻等方式生产制造物品，材料重量基本不变，已有3000多年历史；减材制造是指在工业革命后，通过使用车、铣、刨、磨等方式对材料进行切削加工、批量化制造产品，已有 300 多年历史；增材制造则采用材料累加方式，利用三维设计数据在一台设备上快速而精确地“自下而上”地“自由”制造出任意复杂形状的物品，已有 40 多年发展历史。增材制造颠覆了传统的思维方式和制造模式，为制造业发展开辟了崭新的广阔天地。目前该技术已广泛应用于航空航天、汽车、军工、核电、船舶、医疗等众多领域。

3D 打印发展历程可以分为三个阶段：1）1980-1990 年为第一阶段，期间3D打印专利、技术和原型机先后诞生；2）1990-2010 年为第二阶段，欧美逐渐形成具有影响力的 3D 打印公司，如 3D Systems、Stratasys、EOS等，由技术和理论的雏形过渡至 3D 打印机及产品的生产，同时这一阶段3D打印生产的产品类别和下游场景也在不断扩大；3）2010 年至今为第三阶段，龙头企业不断兼并收购，部分技术专利到期，大量企业涌入行业，行业迎来快速发展。国内 3D 打印起步晚于欧美，但近年来差距逐渐缩小，且商业化规模扩大。1）起步阶段：我国 3D 打印行业于 20 世纪 90 年代初期起步，由各高校在政府资金支持下启动增材制造技术研究；2）技术突破阶段：2000-2010 年间各高校先后实现了主流 3D 打印技术零的突破；3）技术追赶和商业化阶段：2011年至今处于技术追赶阶段，水平逼近欧美国家，同时涉及3D 打印业务公司的数量激增，铂力特、华曙高科等 3D 打印企业成功上市，我国3D 打印行业逐步完成从技术积累到商业化的过渡。

3D 打印是传统加工制造技术的重要补充，各有优劣、长期并存。目前增材制造加工与传统加工方式相比的优势在于：一是可快速加工成形结构复杂的零件，3D打印的原理决定了其加工基本不受零件形状的限制，无需传统工具夹具和多重处理，实现“自由制造”，并缩短产品的研发生产周期；二是制造模式优化，传统加工切割过程会产生大量废料和余料价值折损，材料利用率低，而3D打印具有“去模具、减废料、降库存”的特点，在生产上可以节省材料和能源，材料利用率高并实现降本增效。不足之处在于其加工精度、表面粗糙度和可加工材料等方面还与传统精密加工存在差距，且在大批量制造方面效率和成本不如传统加工。

2、行业政策

欧美等海外国家政策：重点发展金属增材和在航空航天的应用

欧美国家对 3D 打印行业的发展非常重视，从上世纪至现在政府均投入了较多的支持，金属 3D 打印和在航空航天领域的应用是重点对象。其中，美国的支持力度较大，率先将 3D 打印产业上升至国家战略发展高度，奥巴马政府和拜登政府相继实施了系列计划引领技术创新和产业化，并把航空航天、国防、医疗作为重点领域；欧盟及成员国注重发展金属 3D 打印技术，建立了多个3D打印项目和中心，产业发展和技术应用走在世界前列；日本则发表白皮书，全力振兴3D打印产业，并重点发展金属 3D 打印。

国内政策：将增材制造列入战略发展层面，PBF、DED工艺作为重要方向

我国增材制造技术于上世纪 90 年代初起步，得到了863 计划和973计划支持，后续为推动产业发展，国家先后颁布了一系列法规政策，将增材制造列入战略层面，并且将 SLM、SLS 等粉末床熔融工艺及 DED 工艺作为重点方向。经过多年发展目前我国总体科研和技术与世界先进水平接近，其中金属高性能增材制造技术处于世界先进水平。