3D打印技術最早可以追溯到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(nèi)外的廣泛關注,，各種3D打印技術也在多個行業(yè)應用并發(fā)展。目前已覆蓋了制造,、醫(yī)療,、教育、航空航天,、軍事等多個領域,。

全球3D打印市場規(guī)模

全球3D打印市場規(guī)模逐年增加,，2010-2016年3D打印市場的年均復合增長率為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）,，增長率為16.54%,，同比減少13.46個百分點。伴隨著3D打印技術的快速成長和3D打印技術在各個行業(yè)領域的滲透,。2017年全球3D打印行業(yè)市場規(guī)模超70億美元,。未來五年全球3D打印行業(yè)繼續(xù)保持快速增長的勢頭。

整個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,、材料及服務企業(yè)。

目前,，3D打印材料主要包括工程塑料,、光敏樹脂、橡膠類材料,、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打印領域得到了應用。

3D打印經(jīng)過近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)鏈的每個環(huán)節(jié)都聚集了一批領先企業(yè)。全球范圍來看,，以Stratasys,、3D Systems為代表的設備企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)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業(yè)務,，具有較強的話語權,。

3D打印材料產(chǎn)品分類

現(xiàn)階段隨著技術和研發(fā)的推進，目前有300多種材料可用于3D打印制造,，由于現(xiàn)階段90%的3D打印機用戶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(xiàn)階段,，3D打印主要應用于航空航天,、醫(yī)療、汽車等領域,，以制造業(yè)和醫(yī)療領域應用最為廣泛,。按照銷售規(guī)模排名，全球3D打印產(chǎn)值在機械,、消費電子,、汽車、航空航天,、醫(yī)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)下游的主要應用領域,；其次為消費電子產(chǎn)值占比為16.6%,，排名第二；汽車下游應用產(chǎn)值占比為16.1,，%,，僅次于消費電子的應用需求。未來,，隨著電子和汽車工業(yè)的發(fā)展,，兩個領域的產(chǎn)值規(guī)模有望進一步提升。

3D打印技術發(fā)展迅速,，應用領域幾乎遍及所有領域,，已經(jīng)成為現(xiàn)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(yī)藥,、家電,、建筑工程,、教學研究和農(nóng)用工具,、大眾消費等領域得到一定的應用，并取得了良好的效果。

3D打印在汽車行業(yè)中的應用

與人們生活息息相關的汽車業(yè)也不例外地受到了3D打印技術的影響,。3D打印打印技術為汽車制造業(yè)注入了新的血液，不僅是汽車零部件的設計與制造,，而且汽車外觀造型,、內(nèi)部結構或汽車內(nèi)飾功能上的設計，都在不同程度上應用了3D打印技術,。目前3D打印技術在汽車設計中的應用主要集中在概念模型開發(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)四個階段,。

在國外的汽車制造領域,，3D打印技術的應用已經(jīng)相對比較成熟，有很多成功的案例,。世界首輛3D打印汽車—原型機Urbee于2013年問世,，整個車身采用3D打印技術一體成型，具有其他片狀金屬材料所不具有的可塑性和靈活性,。整車的零件打印只需2500小時即可完成,，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(tǒng)汽車制造周期,。新版本的Urbee2則只需要50個3D打印的零部件即可,，而傳統(tǒng)標準汽車則需要由上千個零件組裝而成。

3D打印在武器裝備領域中的應用

在武器裝備領域,，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,，同時有效實現(xiàn)結構件的輕量化,。在世界各國的廣泛關注與大力推進下，3D打印技術的發(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打印技術不需要傳統(tǒng)制造方式的鑄錠,、制胚,、模具、模鍛等過程,，可以直接快速,、低成本地進行原型機生產(chǎn)，且整個生產(chǎn)過程可隨時修正,、隨時制造,，在短時間內(nèi)就可進行大量的驗證性試驗，從而顯著降低研制風險、縮短研制時間,、降低研制費用,。例如防御系統(tǒng)設計和開發(fā)公司EOIR Technology通過引入3D打印技術，該公司制造坦克外置裝備的制造成本從每單件10萬美元降至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(zhàn)場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量的情況,。3D打印技術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(jù)需要快速打印出各種部件,。

3D打印在航空航天領域的應用

航空航天正在利用3D打印來改善資產(chǎn)的分配,，減少維護費用,，并通過制備更輕的部件節(jié)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，但是在世界各個地方批量生產(chǎn)的組件可能需要幾周時間才能到達裝配廠,，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打印技術現(xiàn)場打印組件,，就能消除運輸時間，減少供應鏈中的摩擦,，也能減少工廠的庫存。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(jié)省燃料。3D打印對于航空航天裝備中的具有復雜內(nèi)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(yī)療行業(yè)的應用

3D打印最令人鼓舞的應用是在醫(yī)療行業(yè),，3D打印具有挽救生命或大幅改善醫(yī)療的潛能,?？衫?/span>3D打印技術使用金屬,、塑料等非活體組織材料定制化假肢、牙科,、骨科植入物、助聽器外殼等醫(yī)療器械,，下圖為3D打印的牙齒模具,，但這些都屬于3D打印技術在醫(yī)療行業(yè)應用的“初級階梯”,。3D打印血管,、軟骨組織這類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”,。上述所說的“中級階段”,、“高級階梯”其核心都是特定類型細胞的分離（或定向誘導）和大規(guī)模擴增,。而3D打印技術在人工組織、器官培養(yǎng)過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生長,。

3D打印在建筑行業(yè)的應用

3D打印建筑將對我們的未來生活帶來巨大的影響,。3D打印在建筑領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打印技術后,，設計師們能夠?qū)芏嗟慕ㄖ?chuàng)意想法進行實踐,，提高了實施多種不同建筑類型的可行性,，對現(xiàn)實的施工具有較強的指導作用,。其次,，運用3D打印技術能夠?qū)Σ糠痔厥庠O計提前做出有效的預估,，獲得最直觀的感受,，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,。

在工程施工階段，有效應用3D打印技術,，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,，給人們帶來了煥然一新的視覺沖擊。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)帶來了空前的發(fā)展機遇,。

如下圖所示，3D打印技術打破了傳統(tǒng)產(chǎn)品設計的限制,，利用電腦能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)工藝得不到的線條,，選擇不同的制造材料,，根據(jù)客戶自己的想法、個人喜好等不同的需求進行定制,，使得傳統(tǒng)制造業(yè)無能為力的產(chǎn)品成為可能,。

在減少庫存、節(jié)約成本方面,，3D打印技術在生產(chǎn)成品之前基本無需任何材料的消耗,，同時可以循環(huán)利用生產(chǎn)資料,，如果生產(chǎn)出來的產(chǎn)品想要進一步改進,，可以將原材料(或舊材料)粉碎打??；同時也可以單個產(chǎn)品打印,，不像工廠那樣，需要大批量生產(chǎn),。3D打印在服裝行業(yè)的應用,，能夠節(jié)省能源，減少浪費,，多次利用資源,，簡化生產(chǎn)過程,。

3D打印在食品行業(yè)的應用

合理的膳食不僅能滿足人體的生長,、發(fā)育和各種生理、體力活動的需要,，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打印技術將成為解決膳食平衡問題的有效措施,。3D打印技術將為食品領域帶來全新的概念和動力。

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

3D打印技術可用于航空食品,。載人航天技術面臨著保障航天員在太空環(huán)境中長期生活的難題,，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(diào)味劑及微量元素等營養(yǎng)成分,，保質(zhì)期可長達30年，完全杜絕了食材變質(zhì)和浪費的現(xiàn)象,，從而為宇航員們提供了保質(zhì)期更長久的食物,。

3D打印技術可用于個性化需求,。3D打印技術不僅可以制造出傳統(tǒng)食品生產(chǎn)技術無法制造出的外形,，而且可以簡化生產(chǎn)過程,，快速有效又低成本地生產(chǎn)出單個物品。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打印技術可用于教學模型制作的周期和方式進行革新。當前,，教學工具和儀器一般由專門的教學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內(nèi)容模型也無法使學生直接接觸和觀察教學,。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中提取的二維信息,，并可以自行設計個性化的教學模型進行教學,。同時3D打印可以用于制作特殊的教學模型，特別是像醫(yī)學解剖,、有毒材料,、文物古跡等難以獲取的模型。

3D打印技術可用于創(chuàng)新課程設計,。很多學科可以通過3D打印制作相關的模型,，更加形象地進行課程內(nèi)容的學習和試驗設計,。在教學活動中，生動的DIY (Do It Yourself)和立體化的學習方式越來越受到學生的喜愛,。在機械設計和工業(yè)設計等專業(yè),，3D打印機能夠直接創(chuàng)建出三維外觀原型，使學生們能夠更直觀的評估自己的設計,。