3D打印技術最早可以追溯到1976年噴墨打印機的發明。20世紀80年代以后，3D打印行業受到國內外的廣泛關注，各種3D打印技術也在多個行業應用并發展。目前已覆蓋了制造、醫療、教育、航空航天、軍事等多個領域。

全球3D打印市場規模

全球3D打印市場規模逐年增加，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領域的滲透。2017年全球3D打印行業市場規模超70億美元。未來五年全球3D打印行業繼續保持快速增長的勢頭。

整個3D打印行業產業鏈大概可分為：上游基礎配件行業；中游3D打印設備生產企業、3D打印材料生產企業和支持配套企業；下游主要是3D打印的各大應用領域。通常意義上的3D打印行業則主要是指3D打印設備、材料及服務企業。

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打印經過近40年的發展，已經形成了一條完整的產業鏈。產業鏈的每個環節都聚集了一批領先企業。全球范圍來看，以Stratasys、3D Systems為代表的設備企業在產業鏈中占據了主導作用，且代表性設備企業通常能夠提供材料和打印服務業務，具有較強的話語權。

3D打印材料產品分類

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

從材料種類看：3D打印行業的發展取決于其材料的研發和應用，當前全球3D打印行業的發展主要的材料有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、汽車等領域，以制造業和醫療領域應用最為廣泛。按照銷售規模排名，全球3D打印產值在機械、消費電子、汽車、航空航天、醫療等行業的應用總體呈均衡分布的發展特征，其中機械行業產值占比為17.5%，為3D打印行業下游的主要應用領域；其次為消費電子產值占比為16.6%，排名第二；汽車下游應用產值占比為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的發展，兩個領域的產值規模有望進一步提升。

3D打印技術發展迅速，應用領域幾乎遍及所有領域，已經成為現代模型、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、教學研究和農用工具、大眾消費等領域得到一定的應用，并取得了良好的效果。

3D打印在汽車行業中的應用

與人們生活息息相關的汽車業也不例外地受到了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、內部結構或汽車內飾功能上的設計，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、功能驗證原型制造、工具制造及小批量定制型成品生產四個階段。

在國外的汽車制造領域，3D打印技術的應用已經相對比較成熟，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，生產周期遠遠快于傳統汽車制造周期。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打印技術的發展與應用不斷取得突破，對武器裝備的發展也產生了深遠影響。

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，且整個生產過程可隨時修正、隨時制造，在短時間內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。例如防御系統設計和開發公司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。在戰場上難以預測裝備受損情況，依靠備件或供應鏈容易產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打印來改善資產的分配，減少維護費用，并通過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遍布世界各地，但是在世界各個地方批量生產的組件可能需要幾周時間才能到達裝配廠，如果是突發性的緊急事件，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。例如波音公司已經使用3D打印機為其新型787飛機生產環境控制管道（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打印在醫療行業的應用

3D打印最令人鼓舞的應用是在醫療行業，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打印技術在醫療行業應用的“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）和大規模擴增。而3D打印技術在人工組織、器官培養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，設計師們能夠對很多的建筑創意想法進行實踐，提高了實施多種不同建筑類型的可行性，對現實的施工具有較強的指導作用。其次，運用3D打印技術能夠對部分特殊設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月在阿聯酋迪拜國際金融中心落成。

3D打印在服裝行業的應用

3D打印在服裝行業的運用，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，能夠讓設計師在產品形態創意和功能創新方面不受約束，揮灑自如，給服裝制造業帶來了空前的發展機遇。

如下圖所示，3D打印技術打破了傳統產品設計的限制，利用電腦能夠實現傳統工藝得不到的線條，選擇不同的制造材料，根據客戶自己的想法、個人喜好等不同的需求進行定制，使得傳統制造業無能為力的產品成為可能。

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

3D打印在食品行業的應用

合理的膳食不僅能滿足人體的生長、發育和各種生理、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、色素、調味劑及微量元素等營養成分，保質期可長達30年，完全杜絕了食材變質和浪費的現象，從而為宇航員們提供了保質期更長久的食物。

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食品生產技術無法制造出的外形，而且可以簡化生產過程，快速有效又低成本地生產出單個物品。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行，更新慢；多媒體課件中展示的教學內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。在機械設計和工業設計等專業，3D打印機能夠直接創建出三維外觀原型，使學生們能夠更直觀的評估自己的設計。