3D打印技術(shù)最早可以追溯到1976年噴墨打印機的發(fā)明。20世紀80年代以后，3D打印行業(yè)受到國內外的廣泛關(guān)注，各種3D打印技術(shù)也在多個(gè)行業(yè)應用并發(fā)展。目前已覆蓋了制造、醫療、教育、航空航天、軍事等多個(gè)領(lǐng)域。

全球3D打印市場(chǎng)規模

全球3D打印市場(chǎng)規模逐年增加，2010-2016年3D打印市場(chǎng)的年均復合增長(cháng)率為24.60%。由2010年的13億美元增加至2016年60.6億美元（約合人民幣417.5億元），增長(cháng)率為16.54%，同比減少13.46個(gè)百分點(diǎn)。伴隨著(zhù)3D打印技術(shù)的快速成長(cháng)和3D打印技術(shù)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的滲透。2017年全球3D打印行業(yè)市場(chǎng)規模超70億美元。未來(lái)五年全球3D打印行業(yè)繼續保持快速增長(cháng)的勢頭。

整個(gè)3D打印行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈大概可分為：上游基礎配件行業(yè)；中游3D打印設備生產(chǎn)企業(yè)、3D打印材料生產(chǎn)企業(yè)和支持配套企業(yè)；下游主要是3D打印的各大應用領(lǐng)域。通常意義上的3D打印行業(yè)則主要是指3D打印設備、材料及服務(wù)企業(yè)。

目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹(shù)脂、橡膠類(lèi)材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應用。

3D打印經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。產(chǎn)業(yè)鏈的每個(gè)環(huán)節都聚集了一批領(lǐng)先企業(yè)。全球范圍來(lái)看，以Stratasys、3D Systems為代表的設備企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中占據了主導作用，且代表性設備企業(yè)通常能夠提供材料和打印服務(wù)業(yè)務(wù)，具有較強的話(huà)語(yǔ)權。

3D打印材料產(chǎn)品分類(lèi)

現階段隨著(zhù)技術(shù)和研發(fā)的推進(jìn)，目前有300多種材料可用于3D打印制造，由于現階段90%的3D打印機用戶(hù)都使用的是桌面級產(chǎn)品，因此像ABS、PLA這兩種塑料材質(zhì)的耗材用量占比超過(guò)50%，目前高分子材料生產(chǎn)商也主要集中于ABS和PLA以及尼龍材料。

從材料種類(lèi)看：3D打印行業(yè)的發(fā)展取決于其材料的研發(fā)和應用，當前全球3D打印行業(yè)的發(fā)展主要的材料有PLA、ABS、Standard Resin、PA12、PA 2200、PETG和Clear Resin等。其應用最為廣泛的為PLA材料，應用占比為37.1%，其次為ABS占比為15.5%。

3D打印下游應用分析

現階段，3D打印主要應用于航空航天、醫療、汽車(chē)等領(lǐng)域，以制造業(yè)和醫療領(lǐng)域應用最為廣泛。按照銷(xiāo)售規模排名，全球3D打印產(chǎn)值在機械、消費電子、汽車(chē)、航空航天、醫療等行業(yè)的應用總體呈均衡分布的發(fā)展特征，其中機械行業(yè)產(chǎn)值占比為17.5%，為3D打印行業(yè)下游的主要應用領(lǐng)域；其次為消費電子產(chǎn)值占比為16.6%，排名第二；汽車(chē)下游應用產(chǎn)值占比為16.1，%，僅次于消費電子的應用需求。未來(lái)，隨著(zhù)電子和汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，兩個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)值規模有望進(jìn)一步提升。

3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，應用領(lǐng)域幾乎遍及所有領(lǐng)域，已經(jīng)成為現代模型、模具和零部件制造的有效手段，尤其在航空航天、國防軍工、生物醫藥、家電、建筑工程、教學(xué)研究和農用工具、大眾消費等領(lǐng)域得到一定的應用，并取得了良好的效果。

3D打印在汽車(chē)行業(yè)中的應用

與人們生活息息相關(guān)的汽車(chē)業(yè)也不例外地受到了3D打印技術(shù)的影響。3D打印打印技術(shù)為汽車(chē)制造業(yè)注入了新的血液，不僅是汽車(chē)零部件的設計與制造，而且汽車(chē)外觀(guān)造型、內部結構或汽車(chē)內飾功能上的設計，都在不同程度上應用了3D打印技術(shù)。目前3D打印技術(shù)在汽車(chē)設計中的應用主要集中在概念模型開(kāi)發(fā)、功能驗證原型制造、工具制造及小批量定制型成品生產(chǎn)四個(gè)階段。

在國外的汽車(chē)制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應用已經(jīng)相對比較成熟，有很多成功的案例。世界首輛3D打印汽車(chē)—原型機Urbee于2013年問(wèn)世，整個(gè)車(chē)身采用3D打印技術(shù)一體成型，具有其他片狀金屬材料所不具有的可塑性和靈活性。整車(chē)的零件打印只需2500小時(shí)即可完成，工人需要做的只是把所有打好的零部件組裝在一起，生產(chǎn)周期遠遠快于傳統汽車(chē)制造周期。新版本的Urbee2則只需要50個(gè)3D打印的零部件即可，而傳統標準汽車(chē)則需要由上千個(gè)零件組裝而成。

3D打印在武器裝備領(lǐng)域中的應用

在武器裝備領(lǐng)域，3D打印應用主要集中在武器設計創(chuàng )意驗證和模具制作方面，可以直接打印一些特殊、復雜的結構件，同時(shí)有效實(shí)現結構件的輕量化。在世界各國的廣泛關(guān)注與大力推進(jìn)下，3D打印技術(shù)的發(fā)展與應用不斷取得突破，對武器裝備的發(fā)展也產(chǎn)生了深遠影響。

3D打印可用于武器裝備的設計。3D打印技術(shù)不需要傳統制造方式的鑄錠、制胚、模具、模鍛等過(guò)程，可以直接快速、低成本地進(jìn)行原型機生產(chǎn)，且整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可隨時(shí)修正、隨時(shí)制造，在短時(shí)間內就可進(jìn)行大量的驗證性試驗，從而顯著(zhù)降低研制風(fēng)險、縮短研制時(shí)間、降低研制費用。例如防御系統設計和開(kāi)發(fā)公司EOIR Technology通過(guò)引入3D打印技術(shù)，該公司制造坦克外置裝備的制造成本從每單件10萬(wàn)美元降至40，000美元以下。

3D打印還可用于武器裝備零部件的維修和更換。在戰場(chǎng)上難以預測裝備受損情況，依靠備件或供應鏈容易產(chǎn)生保障不足或保障過(guò)量的情況。3D打印技術(shù)具備快速制造不同零部件的能力，只要有電子設計圖紙及打印材料，可根據需要快速打印出各種部件。

3D打印在航空航天領(lǐng)域的應用

航空航天正在利用3D打印來(lái)改善資產(chǎn)的分配，減少維護費用，并通過(guò)制備更輕的部件節省燃料成本。另外航空航天裝備的零部件生產(chǎn)遍布世界各地，但是在世界各個(gè)地方批量生產(chǎn)的組件可能需要幾周時(shí)間才能到達裝配廠(chǎng)，如果是突發(fā)性的緊急事件，這將嚴重的影響裝備的測試或應用。使用3D打印技術(shù)現場(chǎng)打印組件，就能消除運輸時(shí)間，減少供應鏈中的摩擦，也能減少工廠(chǎng)的庫存。例如波音公司已經(jīng)使用3D打印機為其新型787飛機生產(chǎn)環(huán)境控制管道（ECD）。通過(guò)3D打印，可以將ECD作為一體，不需要組裝；并且由于3D打印件的重量減少，節省燃料。3D打印對于航空航天裝備中的具有復雜內部結構的零件特別有效，下圖為3D打印的形狀復雜的金屬機翼支架。

3D打印在醫療行業(yè)的應用

3D打印最令人鼓舞的應用是在醫療行業(yè)，3D打印具有挽救生命或大幅改善醫療的潛能。可利用3D打印技術(shù)使用金屬、塑料等非活體組織材料定制化假肢、牙科、骨科植入物、助聽(tīng)器外殼等醫療器械，下圖為3D打印的牙齒模具，但這些都屬于3D打印技術(shù)在醫療行業(yè)應用的“初級階梯”。3D打印血管、軟骨組織這類(lèi)單一的活體組織屬于“中級階梯”。3D打印人工肝臟、心臟等人工器官則屬于“頂級階梯”。上述所說(shuō)的“中級階段”、“高級階梯”其核心都是特定類(lèi)型細胞的分離（或定向誘導）和大規模擴增。而3D打印技術(shù)在人工組織、器官培養過(guò)程更多承擔了三維形狀的構建，即讓人體細胞按照預先設計好的形狀來(lái)生長(cháng)。

3D打印在建筑行業(yè)的應用

3D打印建筑將對我們的未來(lái)生活帶來(lái)巨大的影響。3D打印在建筑領(lǐng)域的應用主要集中在建筑設計階段和工程施工階段。

在建筑設計階段，建筑的設計工作引入3D打印技術(shù)后，設計師們能夠對很多的建筑創(chuàng )意想法進(jìn)行實(shí)踐，提高了實(shí)施多種不同建筑類(lèi)型的可行性，對現實(shí)的施工具有較強的指導作用。其次，運用3D打印技術(shù)能夠對部分特殊設計提前做出有效的預估，獲得最直觀(guān)的感受，并提前設定好相應的輔助措施，彌補不足之處，確保建筑工程在最終可以得到較高的成績(jì)。

在工程施工階段，有效應用3D打印技術(shù)，可以極大的縮短工期，提供高質(zhì)量的應急住房。下圖為全球首座使用3D打印技術(shù)建造的辦公室于2016年5月在阿聯(lián)酋迪拜國際金融中心落成。

3D打印在服裝行業(yè)的應用

3D打印在服裝行業(yè)的運用，改變了以往布料難以塑造的立體造型，給人們帶來(lái)了煥然一新的視覺(jué)沖擊。3D打印的使用，給了設計師充分的想象空間，能夠讓設計師在產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng )意和功能創(chuàng )新方面不受約束，揮灑自如，給服裝制造業(yè)帶來(lái)了空前的發(fā)展機遇。

如下圖所示，3D打印技術(shù)打破了傳統產(chǎn)品設計的限制，利用電腦能夠實(shí)現傳統工藝得不到的線(xiàn)條，選擇不同的制造材料，根據客戶(hù)自己的想法、個(gè)人喜好等不同的需求進(jìn)行定制，使得傳統制造業(yè)無(wú)能為力的產(chǎn)品成為可能。

在減少庫存、節約成本方面，3D打印技術(shù)在生產(chǎn)成品之前基本無(wú)需任何材料的消耗，同時(shí)可以循環(huán)利用生產(chǎn)資料，如果生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品想要進(jìn)一步改進(jìn)，可以將原材料(或舊材料)粉碎打印；同時(shí)也可以單個(gè)產(chǎn)品打印，不像工廠(chǎng)那樣，需要大批量生產(chǎn)。3D打印在服裝行業(yè)的應用，能夠節省能源，減少浪費，多次利用資源，簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程。

3D打印在食品行業(yè)的應用

合理的膳食不僅能滿(mǎn)足人體的生長(cháng)、發(fā)育和各種生理、體力活動(dòng)的需要，而且還能保障不同年齡段人群的健康，減少疾病的發(fā)生。而多材料食品3D打印技術(shù)將成為解決膳食平衡問(wèn)題的有效措施。3D打印技術(shù)將為食品領(lǐng)域帶來(lái)全新的概念和動(dòng)力。

3D打印技術(shù)可用于提供健康食品。通過(guò)對材料盒中的食物原料進(jìn)行科學(xué)合理的配置，3D打印技術(shù)可以打印出適用于不同營(yíng)養需求的青少年、老人、孕婦和病人食品。

3D打印技術(shù)可用于航空食品。載人航天技術(shù)面臨著(zhù)保障航天員在太空環(huán)境中長(cháng)期生活的難題，然而3D打印機中的材料盒可以存放碳水化合物、蛋白質(zhì)、色素、調味劑及微量元素等營(yíng)養成分，保質(zhì)期可長(cháng)達30年，完全杜絕了食材變質(zhì)和浪費的現象，從而為宇航員們提供了保質(zhì)期更長(cháng)久的食物。

3D打印技術(shù)可用于個(gè)性化需求。3D打印技術(shù)不僅可以制造出傳統食品生產(chǎn)技術(shù)無(wú)法制造出的外形，而且可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程，快速有效又低成本地生產(chǎn)出單個(gè)物品。如圖1-13所示為3D打印出的食物。

3D打印在教育行業(yè)的應用

3D打印技術(shù)可用于教學(xué)模型制作的周期和方式進(jìn)行革新。當前，教學(xué)工具和儀器一般由專(zhuān)門(mén)的教學(xué)設備制作機構制作發(fā)行，更新慢；多媒體課件中展示的教學(xué)內容模型也無(wú)法使學(xué)生直接接觸和觀(guān)察教學(xué)。每位教師都可以使用3D打印方便地打印模型，以有形的三維格式展示教科書(shū)中提取的二維信息，并可以自行設計個(gè)性化的教學(xué)模型進(jìn)行教學(xué)。同時(shí)3D打印可以用于制作特殊的教學(xué)模型，特別是像醫學(xué)解剖、有毒材料、文物古跡等難以獲取的模型。

3D打印技術(shù)可用于創(chuàng )新課程設計。很多學(xué)科可以通過(guò)3D打印制作相關(guān)的模型，更加形象地進(jìn)行課程內容的學(xué)習和試驗設計。在教學(xué)活動(dòng)中，生動(dòng)的DIY (Do It Yourself)和立體化的學(xué)習方式越來(lái)越受到學(xué)生的喜愛(ài)。在機械設計和工業(yè)設計等專(zhuān)業(yè)，3D打印機能夠直接創(chuàng )建出三維外觀(guān)原型，使學(xué)生們能夠更直觀(guān)的評估自己的設計。