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火药，又被称为黑火药。是在适当的外界能量作用下，自身能进行迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温燃气的物质。在军事上主要用作枪弹、炮弹的发射药和火箭、导弹的推进剂及其他驱动装置的能源，是弹药的重要组成部分。火药是中国四大发明1之一。 中国是最早发明火药的国家，隋代时，诞生了硝石、硫磺和木炭三元体系火药。黑色火药在唐代（9世纪末)时候正式出现。火药是由古代炼丹家发明的，从战国至汉初，帝王贵族们沉醉做神仙并长生不老的幻想，驱使一些方士与道士炼“仙丹”，在炼制过程中逐渐发明了火药的配方。 唐代炼丹家于唐高宗永淳元年（682年）首创了硫磺伏火法，用硫磺、硝石，研成粉末，再加皂角子（含炭素)。唐宪宗元和三年（808年)又创状火矶法，用硝石、硫磺及马兜铃（含炭素)一起烧炼。这两种配方，都是把三种药料混合起来，已经初步具备火药所含的成分。 火药的最初使用并非在军事上，而是在宋代诸军马戏的杂技演出，以及木偶戏中的烟火杂技 ——药发傀儡。宋代演出“抱锣”、“硬鬼”、“哑艺剧”等杂技节目，都运用刚刚兴起的火药制品“爆仗”和“吐火”等，以制造神秘气氛。宋人同时也以火药表演幻术，如喷出烟火云雾以遁人、变物等，以收神奇迷离之效。 而火药给我们中华人民共和国带来了危害。火药传到了外国，制使他们制造了枪、炮、坦克、飞机等作战用品。制造好了以后，拿着中国发明的火药改装后的武器，来攻打中国。2012年底，英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，将3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，引发了世人对3D打印的强烈关注。据了解，中国3D打印部分加工技术与欧美同时起步，但是，当全球领先的3D打印公司纷纷将目光瞄准“打印出可以直接使用的工业零部件”，而中国的3D打印设备公司则更愿意把精力投入到“3D照相馆”、售价几千元的家庭玩具式3D打印机的业务拓展中去。 最近南京一家肖像馆推出了3D打印真人等身人像服务，也就是为顾客们打造另一个自己，这家店提供最小12.7厘米，最大跟自身等比例的打印，价格也随模型的大小浮动，最小的需要九百多人民币，而想打印一个真实大小的自己则需要17万！ 之前国内也有其他公司提供打印自身肖像的服务，但是等比例打印还属首家，目前该公司网站上主打的是“迷你的我”系列，其他还包括“全家福”、“正青春”和“运动”三种类型，顾客只需在店里接受几分钟全身扫描，然后等2到3周就能拿到成品了，该公司表示自己所使用的打印材料为高分子材料，可以使成品呈现陶瓷质感。 看到这样这里你是为中国的3D打印产业发展迅速普及高兴还是感到忧虑呢？ 一、被称为“第三次工业革命”的3D打印 2012年底，英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，将3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，引发了世人对3D打印的强烈关注。 所谓3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。这一成型过程不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型。 事实上，3D打印起源于美国，作为快速成型中一类技术的统称，其打印的流程被称为是“添加式制造”。3D打印是指可打印出三维效果的打印技术，它突破了平面打印的二维结构，可以打印出塑料制成的固体制品。3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。 据介绍，快速成型技术与传统的加工方式不同，通过分层制造、逐渐叠加的方式生产最终产品。该技术的特点是不需要模具，可以一次加工完成。快速成型技术的另外一个特点是可以加工结构非常复杂的产品。目前3D打印技术在美国已经产业化 位于比利时宗霍芬的梅洛特公司是欧洲率先使用3D打印机技术进行生产的企业。3D打印机既不需要用纸，也不需要用墨，而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术，使特定金属粉或者记忆材料熔化，并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物。其优点是大大节省工业样品制作时间，且可以“打印”造型复杂的产品。因此许多专家认为，这种技术代表制造业发展新趋势。 梅洛特公司首席执行官弗勒林克称，就目前来说，使用相同数量的耗材制造零件，3D打印机的生产效率是传统方法的3倍。“打印”纺织机轴承，传统工业流程需要84小时制作的零件，通过3D打印技术，24小时就可以制造完成。由于可以在目的地精准打印，这又省去了物流、配送、上货等时间，因此生产成本大大降低，每个轴承的成本由几十欧元降至1欧元。 二、欧美国家3D打印发展状况 根据最新发布的调研报告，2012年全球3D打印市场(包括产品和服务)约为22亿美元(约135亿人民币)，比2011年增长28.6%。过去3年，全球3D打印的年平均增长率约为27.4%。2013年全球10万美元以下家庭3D打印机出货量将达到56507台，比2012年增长49%。预计这种打印机2014年的出货量将达到98065台，2015年的出货量将比2014年增长一倍。全球3D打印设备的安装量中，美国比例最高，占38%，日本9.7%，德国9.4%，中国8.7%。报告预计2019年将达到72.4亿美元。其间，2013年到2019年，3D打印市场的复合年化增长率为16.8%。 从行业分布来看，用于消费电子领域的打印技术仍然占主导地位，大约占20.3%的市场份额，其他主要领域依次是汽车(19.5%)、医疗和医科(15.1%)、工业及商用机器(10.8%)；从区域分布来看，北美地区(40.2%)、欧洲(29.1%)、亚洲(26.3%)三大区域占主导地位，其中亚洲地区主要集中于日本(38.7%)及中国(32.9%)。 目前，比较知名的3D打印机制造商有美国的Stratasys、3D Systems、MakerBot、ExOne、Palo Alto Research Center、Hewlett-Packard，德国的Voxeljet，瑞典的ArcamAB等。 美国政府将人工智能、3D打印、机器人作为重振美国制造业的三大支柱，其中3D打印是第一个得到政府扶持的产业。目前全球有两家3D打印机制造巨头，分别Stratasys和3D Systems，均在美国纳斯达克上市，2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元，2012年股价分别翻了2倍和3倍。此外，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和Shapeways、英国的Reprap等。 1、美国总统奥巴马力挺3D打印 自2012年兴起以来，3D打印的热度一直不减，甚至有人将其称为第三次工业革命，奥巴马在国情咨文中也多次提及。2012年3月，为重振美国经济和美国制造，奥巴马总统提出建设全美制造业创新网络计划，并将3D打印确定为方向之一。 奥巴马总统在国情咨文中谈到3D打印以及这项技术的重要性时指出：“制造业在经历了10多年就业人数不断减少之后，过去3年就业人数增加了50万。现在我们所能做的就是庆祝这一发展趋势。前年年，我们在俄亥俄州扬斯敦成立了首个制造创新中心。一间曾经关闭的仓库现在成了一流的实验室，许多新人在这里研发3D打印技术，3D打印有可能革命化我们制造几乎所有产品的方式。这在其他地方也可实现。”奥巴马还宣布再成立3个这样制造中心，在这里企业将与美国国防部和能源部合作，把在全球化上落后的地区转变成全球高上市，2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元，2012年股价分别翻了2倍和3倍。 1.1、美国最早研究钛合金3D打印 钛是一种密度只有钢铁的一半，强度却远胜于绝大多数合金的材料，被广泛用于航天航空业。美国是最早开发钛合金3D打印技术的国家。1985年，美国就在国防部的主导下秘密开始了钛合金激光成形技术的研究，并在1992年公之于众。随后美国继续研发这一技术，并在2002年将激光成形的钛合金零件装上战机试验。 然而，因为在制造过程中钛合金变形、断裂的技术难题无法解决，美国始终无法生产高强度、大尺寸的激光成形钛合金构件。2005年，美国从事钛合金激光成型制造业务的商业公司Aeromet由于始终无法生产出性能满足主承力要求的大尺寸复杂钛合金构件，没有实现有价值的市场应用而倒闭。美国的其他国家实验室也无法攻克这一难题，目前只能进行小尺寸钛合金部件的打印和钛合金零件表面修复。 2013年，美国Sciaky公司宣布，他们已经成功掌握了突破性的直接制造技术，使用电子束进行钛合金3D打印。Sciaky公司的直接制造解决方案基于添加剂的制造原理，是PSU应用研究实验室（ARL）采用的关键技术之一，目的是生产高品质的金属零部件。Sciaky公司的DM解决方案是唯一的大规模完全可编程的解决方案，可制造近净形零件，材料包括钛、钽、铬镍铁合金及其他高价值金属。该解决方案结合了计算机辅助设计（CAD）、Sciaky最先进的电子束焊接技术和添加剂分层处理，所制造的零件尺寸可以达到5.8米×1.2米×1.2米。 Sciaky真正的领先之处在于超高打印速度，利用功率高达42千瓦的电子束枪，每小时可打印15-40磅的金属钛，而大多数竞争者仅能达到每小时5磅。就目前而言，电子束似乎是一种比激光更适合的金属3D打印能量源。从数据上看，这一打印速度和零件尺寸已经超过了中国。前不久，中国西北工业大学刚刚用钛合金激光3D打印技术生产了长度为5米的飞机主承力梁。 美国空军和洛克希德-马丁公司已经宣布与Sciaky公司成为合作伙伴，并且计划使用该公司生产的3D打印机制作飞机部件装备正在生产的F-35战斗机。相较于传统制造方式，这一新技术制造的产品成本更低、寿命也更长。如果3000多架战机都使用这种技术制造部件，将可以节省数十亿美元的成本。 1.2、3D打印金属枪支 日前，美国得克萨斯州一家仪器公司宣布用金属粉末成功制造并测试了世界上第一支3D打印金属枪（组装和试射视频）。其问世将改变人们对3D打印产品精确或强度不够的既有印象。 该全球首支3D打印金属枪的原型模板为经典的M1911式手枪，由总部位于得州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(Solid Concepts)团队设计并制造。团队成员根据网上的1911蓝图3D建模后用DMLS（直接金属激光烧结）技术加热金属粉末使其凝固成型，DMLS技术已超过M1911枪支对零件的精度要求，再经过各种打磨以及调整枪膛等工艺，最后予以组装。其有超过30个3D打印原件，包括不锈钢和一些镍镉铁合金材料，而弹簧和弹匣则为外购，发射仍需匹配实弹。 “固体概念”公司副总裁肯特·费尔斯通表示，这种整体概念是为了证明3D打印这一技术的可靠性、准确性和实用性。目前该枪已通过连发50多发子弹的耐力射击测试，精准度不逊于常规武器。 1.3、3D打印汽车 关于Urbee这款车读者想必并不陌生，它是世界上第一辆采用3D打印技术生产的汽车。当然，URbee本身是要靠手动组装的，这里说的是它的车身覆盖件等材料是用3D打印机制造的。 去年，美国的设计公司KOR Ecologic、数字制造商RedEyeOn Demand以及3D打印制造商Stratsys已经合作完成了第一款用3D打印制造的高燃油效率混合动力车Urbee 2，这款三轮7马力(5千瓦)轮驱动的环保混合动力车将在2015年上路。 2个人，4676公里，37.85升燃料，驾驶3D打印汽车Urbee 2从纽约出发前往旧金山，这就是Jim Kor团队的计划。他们想通过这次穿越美国的事迹，来向大众证明节约化石燃料的重要性。据Kim Kor的介绍，Urbee 2不仅车身外壳由3D打印机生产，其内饰也会通过3D打印机制作。 Urbee早期的6：1模型诞生于2010年，第一台原型车于2013年年初问世。第一代Urbee的车身覆盖件是用3D打印机制作的，采用了ABS塑料。虽然今年3D打印这个概念异常火爆，但Urbee并不是为了促进3D打印产业发展而诞生的。之所以采用3D打印，是因为最初选择玻璃纤维材料制作车身时，遇到了制作成本以及生产时间的限制。 最后Jim Kor找到了Stratasys公司，一家3D打印解决方案提供商。利用该公司的FDM技术，Urbee的团队得以在几天内制作出一个车身部件；而对于没有生产线支持纯靠手工打造的Urbee来说，如果寻求传统的生产方式则需要几个月才能制作完成。从最初工作台上的泥塑模型，到1：1的实车诞生，Jim Kor最终找到的解决方案就是：打印一辆汽车。 2、德国市场上的3D打印机多是“德国制造” 在德国，3D打印机在市场上已经比较普遍。消费者可以通过多种渠道买到，一是专门销售3D打印机的网店，既有打印机，也有各种配件；二是eBay、亚马逊等综合性网上交易平台；三是德国大型电器连锁店。产品价格多在1000欧元到2000欧元，有的打印机只售499欧元。德国柏林一家3D打印产品专卖店负责人斯戴凡告诉记者，现在的购买者主要是专业人士和时尚追求者，普通消费者购买得很少。德国不少机构也开始使用3D打印技术：博物馆使用它“复印”文物和艺术品；医疗机构打印血管、气管等“人体器官”；建筑公司则打印建筑模型。 德国市场上的3D打印机多是“德国制造”。事实上，在德国有一大批3D打印企业。2002年成立的EnvisionTEC公司，已是全球快速成型和快速制造设备的领先品牌，产品涉及工业制造、珠宝首饰、医疗、牙科、助听器定制、生物科技等领域。该公司在英国和美国建有销售服务中心和培训中心。 与EnvisionTEC公司有所不同，位于德国卡尔斯鲁厄地区的Nanoscribe更注重高尖端技术。该公司此前在美国一个展会上发布了一款迄今为止最高速的纳米级别微型3D打印机——Photonic Professional GT，可以在一根头发上打印出一个含有10个字母的公司名称。 2.1、激光功率达一千瓦的3D金属打印机 2013年12月3日在德国法兰克福的欧洲模具展上，EOS展示新的EOSM400。这一新的系统采用模块化，可扩展的平台，专门针对在工业生产环境中的直接制造，同样采用了EOS成熟的金属3D打印技术。EOSM400新增加了很多的特性：可以生成更大的部件，自动化程度进一步增加。此外，EOSM400提供了完善的质量保证措施，操作更容易，以满足其系列产品的客户主要要求。基本型于2014年春天上市，全球发售在2014年夏天。 EOS客户，总部设在英国MaterialsSolutions，早在2006年首次购入EOSINTM270金属系统。使用这套金属打印系统，公司进一步发展涵盖了高性能组件的制造和发动机制造的特种合金。如今，该公司有六个EOSINTM270系统，EOSINTM280系统也在采购中。MaterialsSolutions首席执行官CarlBrancher：“我们的增长益于这项技术。正因为如此，作为一个试点客户，测试新的EOS万400系统，我们感到特别高兴。新系统的产生提供了开发全新的产品的能力，如赛车部件、航空和航天的钛结构部件。EOSM400能生产一系列产品，而不是仅仅制造简单的功能性模型。金属打印过程具有扩展性，是这一系列产品的一次革命。现在，更大的高性能组件可以使用增材方式制造，同时，也可以进行大批量生产。我们很荣幸能与EOS一起走这条道路。” “EOS是追求一个基于平台的技术战略，并能够支持其客户从研发阶段到系列产品的生产的全过程。EOSM400代表了增材制造的关键技术，如果EOSINTM270和EOSINTM280机型已设置的行业技术标准，则在EOS万400将这些更进了一步。新系统不仅支持用户保证其生产的质量控制，而且更适合在实际的制造中直接生产产品。”“我们的解决方案不是封闭的系统，我们将提供平滑扩展该平台的性能模块”EOS董事总经理AdrianKeppler说。 2.2、专一、专注、专业 ExOne公司成立于1999年，总部在德国奥格斯堡，总部大约有80名员工，在全球大约有120名员工。在亚太地区，ExOne在日本有办公室。ExOne的产品线非常的短：主推产品只有两款，并且功能单一，但是却是3D打印领域不可或缺的企业，因为ExOne的产品能够极大的提高工业生产环节中，铸造的效率。 ExOne的产品，基本原理是用特殊的粘接剂，把石英砂逐步打印成可供铸造的模具。传统的铸造如果想要进行铸造，需要的工序和过程非常的麻烦，需要制作搜砂范、砂芯等等，流程长投入大。在产品原型开发的过程中，比如发动机的缸体、汽车变速箱等等，都需要先进行试制，但是传统的过程从周期到成本都很高。而ExOne的设备，则能够直接用喷射粘结剂的方式打印出铸造的模具就进行试制，而一旦发现问题，修改好图纸再重新打印一个就是，极大的提高研发的效率。所以在德国，包括大众、奔驰的汽车厂都是ExOne的客户。 三、中国3D打印发展状况 据中科院专家介绍，国产J-15战斗机已经采用了3D打印技术，而国产大型客机C919也采用了3D打印技术来打印部分产品。尽管3D打印技术已经部分应用于军事和生活，但是专家表示，暂时3D打印技术还暂时无法代替传统制造业。 从2001年起，我国开始重点发展以钛合金结构件激光快速成型技术为主的激光3D打印技术。中国首款舰载机歼-15的总设计师孙聪此前接受媒体采访时曾透露，钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程。其中于2012年10月至11月首飞成功的机型，广泛使用了3D打印技术制造钛合金主承力部分，包括整个前起落架。目前，我国成为世界上继美国之后第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成型及技术的国家。 此外，由北航等单位组成的团队制造出了迄今世界尺寸最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成型工程化成套设备。该团队利用激光快速成型技术制造出我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框。此外， 西北工业大学凝固技术国家重点实验室发展的“激光立体成型”3D打印技术已经用于国产大飞机C919的制造。中国利用激光打印直接制造C919飞机的中央翼根肋，传统锻件毛坯重达1607公斤，而利用激光成型技术制造的精坯重量仅为136公斤 ，节省了91.5%的材料，经过测试，其性能比传统锻件还要好。 中国3D打印市场停留在低端应用 不过有专家认为，3D打印技术短时间还无法完全代替传统加工制造业。就以激光3D打印技术来说，它比较适合高性能的昂贵部件，例如航空航天制造。因此，中国3D打印技术仅仅在该应用领域处于世界先进水平，而对于普通应用的3D打印技术以及整个3D打印产业与欧美国家相比，相距还是太远。在国内，3D打印技术在普通人的眼里似乎仅仅只是一钟低端的制造，被广泛应用3D打印玩具、木偶、人体等小工艺品。 最近南京一家肖像馆推出了3D打印真人等身人像服务，也就是为顾客们打造另一个自己，这家店提供最小12.7厘米，最大跟自身等比例的打印，价格也随模型的大小浮动，最小的需要九百多人民币，而想打印一个真实大小的自己则需要17万！ 之前国内也有其他公司提供打印自身肖像的服务，但是等比例打印还属首家，目前该公司网站上主打的是“迷你的我”系列，其他还包括“全家福”、“正青春”和“运动”三种类型，顾客只需在店里接受几分钟全身扫描，然后等2到3周就能拿到成品了，该公司表示自己所使用的打印材料为高分子材料，可以使成品呈现陶瓷质感。 目前，在网络上搜索创业类内容大多是与3D打印有关，而搜索3D打印，大多是关于3D打印照相馆有关。重庆首家3D打印馆凡响时空负责人表示，他的打印馆开业4个多月，通过调整经营思路，由撒网捕鱼式经营转变成专注人像打印，自称已小有起色，但是至今仍亏本。在福州也有一家3D打印设计工作室，而这个工作室的主人，是三个刚走出大学校门不久的年轻人。其主要负责人张细明说，以前在公司上班一个月的收入大概有七八千，后来大家合伙开了设计工作室，每个人的收入也能过万元，但是自从把主要精力转向3D打印行业以后，收入明显地减少，有时候甚至入不敷出。在台州高教园区内，也有一家不足30平米打印店。主营这项技术的是三个年轻人为了深入了解3D打印，三人专门到杭州、宁波等一些城市学习。并从福建引进了一套设备和软件，总价超过了10万元。 国产桌面3D打印难见前路 入门的3D打印，其实大家都是一样的FDM，也就是熔融沉积成型技术，由于基本的技术是开源的，大的技术方向大家都差不多，只是在打印材料和底板设计上有点小差异，问题就来了：同质化程度非常高。这到了最后，就再次演变成了一种拼成本拼价格的游戏，淘宝上3D打印就这样，半年多以前，笔者搜索的时候还是不到3000一套，现在已经不到2000元。现在在3D打印领域的企业，除了已经上市的企业，其它新近的参与到这个领域的企业，普遍的反应是三个字：不挣钱。这方面的报道已经屡见不鲜了。 基础的技术是公开的，但是实施的细节大不相同。比如盘装耗材缠绕的问题，这非常容易导致耗材卡住，打印头拉扯不动打印失败。在这方面，3D Systems的新一代Cube3D打印机就解决了这个问题，甚至它的耗材是可以自动填充的，这与其它的方案还需要自己用手把ABS或是PLA的线材插入打印头送料的圆孔，有天壤之别。 另外一方面，导致打印失败的很重要原因是打印载物的底板需要调平，而3D打印的调平，需要打印头和底板的间隙非常小，只有一张纸的厚度，间隙大了，容易喷出的细丝粘不牢打印失败，间隙小了容易剐蹭载物台，还是失败，这个度需要用户反复的试验，高度依赖经验。 另外一方面，困扰桌面3D打印机用户的是我买来干什么的问题。自己3D建模的难度远大于普通拍照，如果用户自己不是理工科出身学过机械制图，恐怕头脑中连基本的概念都不会有。怎么办？国外两大上市公司Stratasys收购的Makerbot以及3D Systems的Cubify，都有着自己的用户社区，提供了极其丰富的3D打印模型下载：里面非常多可打印的素材都是不收费的。而国内则反其道而行之，原创的3D模型基本都要收钱，这无疑降低了用户的积极性。 3D打印，或许可以尝试“互联网思维”：即先赔钱跑马圈地，尽可能多的占领市场，最近闹腾的最欢快的打车软件之争，消费者都得到了实惠不是吗？用工业3D打印的钱进行贴补，或是引入融资，用互联网的方式打开局面，比如买等价的耗材就送3D打印机，否则这个门槛颇高的领域真的很容易只开花不结果。 但是这又有新问题，3D打印的企业，真的没有阿里巴巴、腾讯那么有钱，用几亿元烧一个打车应用而已。即便是引入融资，风投机构不可能给出很高的估值，可能连这几亿元的零头都不到，很难做到大把的烧钱去推动产品普及，但是却可以尝试一下，因为这样可以调动那些处在观望中的用户购买的积极性。 这个春天，对于起步之后不久的国内桌面3D打印来说，着实有点冷，雾霾之中很难看清前方的路。
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