引言

近年来，随着科技的发展和生产的需要，3D打印技术逐渐兴起并发展。3D打印技术又被称为增材制造，是一种快速成型技术，在数字模型文件的基础上利用多种可粘合材料，逐层打印，以此来构造出所需物体。这种技术所采用的是数字技术材料打印机，首次诞生于29世纪90年代中期。

虽然3D打印技术应用范围比普通打印技术广，但是3D打印技术与普通打印工作的原理基本相似，并无大差，都是通过与电脑连接，通过电脑的指挥与控制将计算机上的图像打印成实际物品。相较于普通打印来说，3D打印应用范围更广，例如航天航空技术、珠宝设计、工地施工、房屋建筑、医疗技术产业等诸多产业。普通打印可以将计算机上的图像打印到纸张上形成平面，而3D打印技术则可以打印出真实的、立体的物品，例如房子、汽车等实物。

熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling,FDM）是基于3D打印技术的一种应用，以热传导理论为基础，辅之以热固耦合、热力耦合、液固耦合原理，通过对材料成型过程中的应力应变场、温度场的分析，观察到温度梯度分布变化规律和应力应变变化规律，从变化的规律中研究熔融沉积成型（FDM）的发展。

为了提升打印质量，在熔融沉积成型过程中建立了熔融过程层变模型，并且以理论计算和仿真实验为基础，再利用激光对预打印层间区域温度进行预热控制，如此一来，不仅提升了打印质量，还优化了层间温度分布，为进一步改进装置的精密度提供了科学可行的参考流程。

虽然3D打印技术已经在我们的生产生活中占据了重要的地位，为社会的前进做出了重要贡献，但是3D打印技术和熔融沉积成型（FDM）的技术仍存在明显不足，需要不断地更新、进步。

1986年，第一台商业3D印刷机被开发出来。在19世纪末期，3D打印技术突破传统制造工艺在复杂形状制造上的技术限制，利用3D建模技术形成了3D打印技术。和许多其他新问世的技术一样，3D打印技术在一开始也遇到了发展瓶颈，没有良好的发展和应用市场。

但是由于3D打印技术前景明朗，具有无限的可能性，并且能够完成普通印刷技术无法完成的工作，所以在材料科学迅速发展的前提下，3D打印技术也实现了突飞猛进的进步能够实现多个复杂性的物体和产品的打印实现。

3D打印技术能够将同时实现物体和产品的材料复杂性、层次复杂性、功能复杂性等，利用计算机程序建立立体模型，利用由点到面的形式，将所需的打印材料以热熔、光固化、分层处理的方式逐层打印堆积，最终完成物品立体成型。这一成型过程远比普通印刷复杂，其中所需材料、设备等都需要精准配合、准确操控，以确保打印过程进行地规范而有序。

美国、德国等工业技术发达的国家和地区是3D打印技术研究的主要集中地，其中美国占据了市场份额的三分之二，美国和德国也在3D打印技术方面拥有多项专利，专利数量远超其他国家，麻省理工学院早在1993年就取得了3D印刷技术专利。美国和德国等工业技术发达的国家对于专利技术的申请和保护为本国的工业技术发展提供了良好的研究环境，对于专利的重视也激发了本国研究者的热情。

相较于美国、德国等西方国家，我国的3D打印技术起步较晚，发展相对滞后，虽然起步较晚，但是我国一些科研单位和高校仍对3D技术不断钻研，取得了很好的技术积累和部分产品的产业化成果转化，为我国3D技术的持续发展奠定了良好的基础。各科研单位丰硕的研究成果都在不断鼓舞着3D技术从业者的信心。

以北京航空航天大学、华中科技大学、西北工业大学为首的高校研究单位，利用激光立体成型技术，开发新的研究思路和研究方法，成功将3D打印技术应用于C919大飞机主风挡玻璃、中央翼缘条等，完成了从“中国制造”到“中国智造”的一步飞跃。除此之外，3D打印技术还能采用医用高分子、活细胞等材料打印出肝脏细胞、耳朵软骨组织等，有效改善了细胞成活率低的问题，是医学进步的一大重要标志。

然而，相较于美国和德国，我国的3D打印技术仍处于初步发展时期，无论是销量还是市场规模都存在资源紧缺、体系不规范等问题。3D打印技术虽然有良好的前景，但是如果不能对技术加以合理利用和规范，就无法实现进一步的发展。由于打印条件的特殊性，导致3D打印技术对材料和条件都有特殊要求，打印材料稀缺、价格昂贵等问题都是限制3D打印技术发展的因素。

由于受到打印材料、打印成型速度、生产成本等方面的影响，使得3D打印技术并不能完全取代传统的制造法，无法大规模产业化、规模化。3D技术的特殊属性使其在制造业、装备业航空航天等领域仍然具有广阔前景，但是短时间内不能全方位、大范围地取代如电子业等微小精端领域。

随着3D打印技术对经济发展的影响越来越大，各地催生出了许多衍生行业，涉及到各行各业的方方面面，经济的稳定发展也为3D打印技术提供了良好的经济发展环境，推动了3D技术的研究和开发进程。在3D技术日趋成熟，逐渐精密化、普遍化、智能化的趋势下，中国制造业的制造模式和制造工艺都有了较大改变。中国制造业的进一步发展必须紧跟3D打印技术的发展态势，有效利用3D打印技术高效率、低污染等优势，节约生产成本、提高产品竞争力，为企业的发展提供良好前提。

熔融沉积打印与光固化打印（SLA）、三维喷涂粘结成型（3DP）等技术类似，都属于快速成型技术，在教育、医学、汽车、生物工程等领域都有应用。

熔融沉积成型（FDM）的工作原理包括熔融、沉淀和成型三个部分，利用熔融装置加热融化丝状的热塑性基体材料并从喷头中挤出，按照计算机切片软件设置的路径逐层沉积，最后熔融态的材料在温度降低的条件下固化成型。这一过程实现了高效率、高性能、低成本的融合，减少了后续的处理工艺，并且具有良好的可回收性和再加工性，符合我们如今所倡导的绿色发展理念。

熔融沉积成型（FDM）工艺设备的组成主要包括散热风扇、熔融加热器、温度传感器、喷头机构、送丝机构以及控制系统等，工作方式又有预浸渍打印和在线浸渍打印两种浸渍状态。

预浸渍打印工艺是指将连续干纤维束在打印之前利用热塑性树脂进行预先浸渍，然后将预浸丝材和热塑性树脂基体丝束从打印头中分别挤出得到打印样件。在沉浸过程中可以监控到浸渍效果，降低材料结合的不良效果，因此可以提高浸渍的质量。

在熔融沉积成型（FDM）逐渐成为主流的今天，市场对于该技术的需求也是推动其快速发展的重要因素。现如今，人们的生活水平越来越高，对于物品的要求也越来越高，而熔融沉积成型（FDM）的3D打印机大部分只能完成单色模型的打印工作，不能同时兼顾创意和美观，所以这一技术不能满足人们对于FDM技术的需求。

基于这种局限性，英国相关专家研究出可以将两种颜色混合的带有混合结构的挤出头，这一设计的问世大大增强了FDM技术的创意性，进一步满足了人们对于FDM技术期望。荷兰的制造商甚至推出了混色3D打印机，将两进一出的挤出头安装到打印机上，两种颜料融合到一起，颜料融化后通过一个喷嘴挤出，将两种颜色融合实现两种颜色梯度渐变的打印。色彩的丰富使得FDM打印技术更加受到欢迎，适用范围更加广泛。

我国对于FDM技术的色彩研究也不落后于外国，我国设计出的双进料单挤出的喷头装置能够更加方便地实现两种不同颜色的打印。在对3D打印机挤出装置和对切片软件进行二次开发之后，进一步实现了彩色打印。从单色打印到彩色打印，是FDM技术的进步，也是人们对于3D打印技术的期待和需求。

3D打印技术的逐渐成熟为生产生活和人们的日常生活都带来了极大的便利，所以在人们和技术的共同努力下，FDM技术不断进步，不断发展。无论是国内还国外，都在研究3D打印技术的道路上不断前进。

熔融沉积成型（FDM）是发展最快的3D打印技术，其凭借结构简单、使用方便、工作环境要求低等特点，得以快速发展。但是打印速度与打印精度不匹配的问题是影响FDM3D打印技术前进的一块绊脚石，所以科学的路径规划是影响三维模型的成型质量和成型效率的重要因素。

3D打印技术虽然被应用到了各个领域，但是在制造业所占的比重最高。在最先的打印技术中，只能打印单一色彩，后来实现了多种色彩的融合，从各个喷头互相协调工作到单个喷头可以实现独立编程，这些变化大大缩短了打印时间，提升了打印速度。

三维模型经过处理之后得到一系列闭合的轮廓环，每一条轮廓环都要对内部进行填充，目前三维模型主要的填充方式为直线往返填充路径。在对这一技术的研发上，我国的专家学者在程序运行前多次分解相邻的凸轮廓环，再依次扫描轮廓环，以便排查风险，提高扫描效率。另外，对层面轮廓线的集几何特性的轮廓线分区之后，调整好各子区域的起点和终点，使各个子区互相连接，由此调整填充路径的跳转次数。在对此技术的研究上，我国的专家学者都在努力突破瓶颈，扫清路障，为的就是早日追赶上发达国家的发展脚步。

我们都记得“创新是一个民族进步的灵魂”的口号，只有不断创新才能不断进步，如今，我们仍然将创新摆在国家发展战略的重要位置，无论是“大众创业，万众创新”还是“人人可以创新”的理念提出，都在不同程度上激励着人们不断探索，不断发现，不断创造，用自主创新的脚步走向我们的新时代。

现如今，3D打印技术无论是在制造业还是日常生活都得到广泛应用，而且日趋普遍化。所以要想提高我国的自主创新能力和品牌竞争力，就不得不重视3D打印技术的发展，将3D打印技术的发展规模和发展路径都作为我国科技发展的一项重要功课，不断对其进行研究，不断实验、推翻，将创新融入到3D打印技术发展的每一步。

3D打印技术和熔融沉积成型（FDM）是非此即彼、一母同胞的关系，二者互相以此为前提，相互联系，共同发展。从未来发展的趋势看，各个行业的方方面面都需要3D打印技术的渗入，而3D打印技术的智能化应用也更加便利了人们对于3D打印技术的了解和使用。

所以，在计算机编程、云计算、人工智能等快速发展的背景下，行业之间的界限越来越模糊，相互之间的关联性越来越强，在不久的将来，3D打印技术的发展只会越来越新奇而迅速，在科技水平发展的基础上带动经济水平一同增长，实现各行各业“共同富裕”。

《3D打印技术》

《MES在智能制造中的应用与实践》

《3D打印技术概论》

《3D：科技打印未来》