随着桌面FDM 3D打印机价格的逐渐走低，用户体验度越来越好，其在市场的普及程度也越来越高，然而打印速度的限制仍然让很多人望而却步。但幸运的是，由宾汉姆顿大学、纽约州立大学和麻省理工学院组成的联合研究团队已经确定了3D打印机种存在的一些障碍，并可以解决这些问题，从而使整个3D打印过程更快。

据悉，该研究团队在“3D打印杂志”上发表了题为“FDM/FFF 3D打印速率限制及高通量系统设计指南”的最新研究报告，并介绍了FDM/FFF 3D打印技术如何快速显著发展。

由麻省理工学院机械工程与制造和生产力实验室的John Hart教授领导的研究人员已经确定了目前大多数FDM 3D打印机内置的一些元素，这些元素最终阻碍了机器的操作速度。

正如他们所解释的，大多数商业桌面和专业3D打印机能够以0.2mm层高度和以大约10-20立方厘米的速度打印物体，速度主要由夹送轮机构确定灯丝进入3D打印机控制。挤压轮显然受到其施加的约为60牛顿的力的限制，其进给速度约为每秒9毫米，这两者都能使打印机适当地熔化3D打印材料。

Binghamton机械工程助理教授Scott Schiffres评论说：“我们发现聚合物熔化的速度在许多实施中是有限制的。推动聚合物通过喷嘴所需的压力是温度的作用。如果核心不够热，打印机将无法通过喷嘴挤压聚合物。”

目前，关于研究团队如何克服这个限制的细节没有太多的透露，但即使是已被确定的事实也是有希望的。Schiffres补充说：“这项工作对于如何扩大3D打印以及高分辨率打印和速度之间的权衡有影响。我们希望这将激发未来的工作，调查聚合物的预热，以及用多个挤出机打印。”

据了解，该研究论文由麻省理工学院研究生Jamison Go和Adam Stevens共同撰写，并获得了洛克希德马丁公司、国防部、麻省理工学院国际设计中心(IDC)和麻省理工学院制造商的资助和支持。

3D打印机介绍

3D打印机（3D Printers）简称（3DP）是一位名为恩里科·迪尼（Enrico Dini）的发明家设计的一种神奇的打印机，它不仅可以“打印”一幢完整的建筑，甚至可以在航天飞船中给宇航员打印任何所需的物品的形状。

2016年2月3日讯，中国科学院福建物质结构研究所3D打印工程技术研发中心林文雄课题组在国内首次突破了可连续打印的三维物体快速成型关键技术，并开发出了一款超级快速的连续打印的数字投影（DLP） 3D打印机。该3D打印机的速度达到了创记录的600 mm/s，可以在短短6分钟内，从树脂槽中“拉”出一个高度为60 mm的三维物体，而同样物体采用传统的立体光固化成型工艺（SLA）来打印则需要约10个小时，速度提高了足足有100倍!3D打印实现太空工业化。

3D打印机主要特点

3D打印带来了世界性制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现，将会颠覆这一生产思路，这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。

3D打印无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体， 从而极大地缩短了产品的生产周期，提高了生产率。尽管仍有待完善，但3D打印技术市场潜力巨大，势必成为未来制造业的众多突破技术之一。

3D打印使得人们可以在一些电子产品商店购买到这类打印机，工厂也在进行直接销售。科学家们表示，三维打印机的使用范围还很有限，不过在未来的某一天人们一定可以通过3D打印机打印出更实用的物品。

3D打印技术对美国太空总署的太空探索任务来说至关重要，国际空间站现有的三成以上的备用部件都可由这台3D打印机制造。这台设备将使用聚合物和其他材料，利用挤压增量制造技术逐层制造物品。3D打印实验是美国太空总署未来重点研究项目之一，3D打印零部件和工具将增强太空任务的可靠性和安全性，同时由于不必从地球运输，可降低太空任务成本

3D打印机技术原理

3D打印机又称三维打印机（3DP），是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。

3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另 一头柔软。

1、有些3D打印机使用“喷墨”的方式。即使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质 喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。

2、还有的使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。

　　3、还有一些系统使用一种叫做“激光烧结”的技术，以粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，熔铸成指定形状，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。

4、有的则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒，当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙。

【相关信息】未来五年3D打印将如何发展？

随着3D打印技术的不断发展，其在各行各业的应用范围也在逐渐扩大。而关于该技术未来五年的发展前景，各家3D打印企业也是众说纷纭。我们一起来看看Nano Dimension的联合创始人兼首席营销官Simon Fried对未来五年3D打印发展有什么的看法。

据了解，Nano Dimension凭借其创新的Dragonfly 2020 3D打印机，已经在台式机上引入了多层次和多材料打印电路板的快速原型设计。

3D打印工业化将成为下一个十年的标志

“在我看来，未来五年对于3D打印的发展将是至关重要的。当然，随着3D打印方案的成本越来越高，我们将看到消费者空间的增长。但更为有趣的趋势是行业3D打印的增长。”Simon Fried说道。

行业采用添加剂制造的趋势正在显著增加，广泛的业务已经浸入3D打印领域。例如，GE已经收购了Arcam AB和SLM Solutions Group，以帮助其在3D制造领域获得竞争力;西门子、福特等企业正在专注于将3D解决方案带入其工厂。

成立合同制造公司，如Flex和Jabil正在研究如何采用3D打印制作更快、更经济高效的原型设计的强大工具，而且还可以作为改进制造运作方式的工具。换句话说，他们可以自己打印部分制造过程吗?事实是，生产线的效率和灵活性前进将需要3D打印在最终产品中使用，或者作为制造端部或两者的机器的一部分。

同样值得考虑的是3D打印如何适应更广泛的物流链。例如，SAP Ariba企业对商业市场可能会提供适合日常业务交易的3D打印件，公司可以从不是自己的3D打印机订购零件，并将其装入机器。

3D打印也提供了仓储和运输等方面的简单性，在许多情况下，当公司可以打印自己的零件时，库存几乎可以不需要了。

这些领域中的每一个(单独和组合)都表明3D打印市场在未来几年将会发展壮大。这是一个多管齐下的过程，它的渗透远远超出了几年前的原型阶段。

未来真正的可能性

在未来的十年中，工业3D打印将会满足更多的需求。在机械方面，这意味着3D打印将使用更广泛的材料或更高质量的材料。

我们还期望在组合材料方面具有更大的灵活性，例如，在相同的打印品中创建由不同类型的金属制成的物体。或者在一个打印作业中打印金属和聚合物，或金属和陶瓷。例如，通过这种能力，公司可以开始在部件内部署附加功能，例如机械对象的电气功能。Nano Dimension就是这样，将聚合物和金属打印在一起，具有非常具体的功能目标。在这条道路上，这种能力将带来更强大、更智能和功能更强的最终产品。

将许多步骤和材料打印到一个打印作业中可以显著增加复杂性，其远远超出传统制造工艺的范围。这使设计师和制造商拥有了全新的灵活性和创造力。当3D打印机用于解决设计和功能问题时，添加剂制造的贡献越大。

我们也期待3D打印尺寸和速度有重大突破，进一步使行业在未来几年得到应用，特别是几家专注于更快打印流程的公司，这对3D打印作为真正的制造工具来说是至关重要的。

我们还将看到3D打印和电子产品的更大趋同。作为今天添加剂制造的新一个子类别，这种融合目前并不侧重于广泛的工业应用，但打印速度的提高将有助于将这种融合转变为全面的生产。

挑战

与任何技术一样，3D打印面临挑战。材料是真正成功的关键，所以每个人心中的问题都包括材料能否真正做到这一点，以及他们是否随着时间的推移而持续下去?

另一个挑战在于标准。虽然传统制造依赖于并受各种标准的约束，但3D打印与模制或计算机数字控制(CNC)制造或锻造零件非常不同。标准必须演变而且非常迅速推出，这将确保部件的质量以及标准化。

未来几年的最终挑战是软件。3D打印是复杂的，随着速度的提高和材料的增多，颜色和设计特性都在扩大，设计软件必须适应。显然，从CAD文件到3D打印对象的飞跃并不顺利。事实上，设计师面临的挑战要远大于设计本身。虽然已经建立了用于评估项目的机械性能的测试和评估方法，但随着材料和几何复杂性的增加，目前的软件包并不总是易于测试。

综上所述，未来几年3D打印的发展将是令人兴奋的。并且通过更快的打印速度、多种材料和电子电路的集成，3D打印行业的可能性几乎是无限的。