发明创新设计与实践课程结课论文

发明创新设计与实践

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编号：69

1.问题：中国3D打印技术的发展前景已够完美

2.描述：近年来，3D打印技术作为一项前沿性的先进制造技术，逐渐成为热门词汇。据世界3D打印技术产业联盟秘书长罗军介绍，从上世纪80年代开始，3D打印技术走过了30年的历程，在技术研发和生产方面已初具规模，同时也逐步打开了市场。

世界3D打印技术产业联盟的数据显示，2012年，世界3D打印业的产值是120亿—130亿元，国内约为10亿元；2013年，世界3D打印业产值30多亿美元，国内3亿美元；今年全球规模有望突破60亿美元，国内产值达6亿美元。预计2016年，全球规模将突破100亿美元，国内100亿元。2020年前，3D打印技术将全面实现产业化。

与会专家普遍认为，3D打印虽不能替代传统制造业，却是传统制造业的有益补充。中国早已成为全球制造业第一大国，但制造业长期积累的深层次矛盾日益突出。3D打印被誉为开启第三次工业革命的重要组成部分，是高端制造业实现的手段之一。3D打印技术的不断成熟，能够推进中国产业结构调整的步伐，提升制造业水平。

目前，3D打印技术已在工业设计、模具制造等诸多领域得到广泛应用，也正朝着消费品制造、功能零部件制造、组织与结构一体化制造等领域加速发展，展现出广阔的应用前景。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，可以有效地大幅降低产品原型成本，缩短周期。此外，3D打印能够帮助企业更好、更快的生产结构复杂的产品，能够提升产品价值并实现整体成本的下降。3.国内外研究情况及发展情况分析

一．国外3D 打印技术的产业化应用现状

美国、德国等发达国家高度重视并积极推广3D打印技术。2012年8月，美国总统奥巴马拨款3000万美元，在俄亥俄州建立了国家级3D打印工业研究中心，并计划第一步投入5亿美元用于3D打印技术的研发。德国联邦教研部（BMBF）早在20年前针对3D打印技术提出长期的发展计划，2011年5月推出的“德国光子学研究”计划也涉及到对3D打印技术研究的资助支持，柏林工业大学3D实验室在3D技术的研究应用方面也取得了一系列的显著成绩。

（一）国外3D打印机产业化发展现状

在全球3D 打印机行业中美国3D Systems、Stratasys 两家公司的产品占据了绝大多数的市场份额。在此领域具有较强技术实力和特色的企业/研发团队还有美国的Fab@Home、Shapeways，英国的Reprap等。

3D Systems 公司是全世界最大的快速成型设备开发公司，于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后，3D Systems奠定了在3D 打印领域的龙头地位。Stratasys 公司2010 年与传统打印行业巨头惠普公司签订了OEM合作协议，生产HP品牌的3D打印机，2012年4月又与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前，国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。在美国，这个领域已经开始吸引风险资本的注意，在打印了超过100万件3D物体之后，3D打印公司Shapeways 获得了620万美元的风险投资。

（二）国外3D打印技术产业应用现状

与传统制造技术相比，3D 打印具有制造成本低、生产周期短等明显优势，是“第三次工业革命最具标志性的生产工具”，英国《经济学人》杂志认为3D 打印技术“与其他数字化生产模式一起，推动实现第三次工业革命”。美国《时代》周刊将其列为“美国十大增长最快的工业”。

目前，3D打印技术已广泛应用于工业设计、艺术创作、珠宝、建筑、服装、生物工程等多领域。在制造工业中，点击鼠标取代了锤子、钉子和工人，创意和智慧取代了劳动力成本，因此成为许多商品制造商的关注重点。有专家认为3D打印技术正在重塑全球制造业竞争格局。

在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。另一3D打印技术获得应用的

领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案，以3D打印技术制成实物产品并通过电子市场销售，每年能够推出60种创新产品，年收入达到100万美元。2009年以来，3D打印市场在北美和欧洲急剧增长。根据Stratasys 公司2011年财务报告，其八成左右的收入即来源于欧美市场。国际快速制造行业权威报告《Wohlers Report 2011》发布的调查结果显示，全球3D打印产业产值在1988年到2010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，到2016年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元，将会成为下一个具有宽广前景的朝阳产业。

（三）3D打印技术未来产业化发展趋势

随着科技的迅猛发展，各行各业在学科和技术中的交叉融合日益凸显，而

3D打印技术能够超越众多的行业领域和应用技术，这正是其潜力令人瞩目的原因。航空航天、汽车制造、医疗和消费类产品等行业的发展推动3D打印技术的进步，而这些行业大量的研究和投入又会推动3D打印技术达到新的高度。军用、牙科、珠宝、游戏模型、建筑、家具、玩具等其他行业，在3D打印技术产业化应用中也将扮演重要角色。

1.航空航天：航空航天界希望获得重量轻、强度高、甚至可以导电的部件。据美国一家军用飞机制造公司介绍，该公司的军用飞机可能将有1400种零部件采用3D打印技术来生产。有关专家认为3D打印生产的各种金属部件将在2-3年内开始用在飞机上，10年之后将普及使用。不仅是飞行器，包括喷气动力船、路基发电机都蕴含着3D打印技术的发展机遇。

2.军事：美国许多军用产品均为高价值的复杂产品，且生产数量相对较少，其中有一些是定制的，需要持续更换零件，如无人驾驶飞行器、士兵轻型装备和盔甲、地面机器人及传统零部件等，这些都将最有机会转换为由3D打印制造。

3.电子产品：美国桑迪亚国家实验室和德克萨斯大学埃尔帕索分校制造的3D打印电路已经证明可以实现传统印刷电路板的类似功能。这种环绕在电子产品外围的3D电路结构，有助于实现设计产品的最佳造型。

4.生物医疗：目前，两家意大利的公司已经采用3D制造技术生产了超过10000个金属髋关节植入物，其中大部分已成功植入人体。使用3D打印技术生产的牙科产品市场以爆炸性的速度急速增长，很多牙科实验室使用来自德国的3D打印公司—EOS生产的牙冠和牙桥顶盖。

5.汽车和摩托车：3D打印制造技术在车辆零部件的生产领域中有着广阔的应用空间。由于高端的专业级汽车生产数量相对较少，因此，其产品的零部件可以采