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3D打印

打印三維物體的技術
關於將二維圖像打印到三維物件表面的方法，請見「移印」。關於打印二維視差立體畫讓其看起來像是三維的技術，請見「透鏡印刷」。關於一種記錄被攝物體反射光波中全部訊息的照相技術，請見「全像攝影」。

3D打印（英語：3D printing），又稱立體打印、增材製造（英語：Additive Manufacturing，AM）、積層製造，可指任何打印三維物體的過程。[1]3D打印主要是一個不斷添加的過程，在電腦控制下層疊原材料。[2]3D打印的內容可以來源於三維模型或其他電子數據，其打印出的三維物體可以擁有任何形狀和幾何特徵。3D打印機屬於工業機械人的一種。

ORDbot Quantum3D打印機
打印的延時攝影影片，雙曲面物體打印（用PLA製作），使用RepRap「Prusa Mendel」3D打印機，以熱溶聚合物成型。

「3D打印」這個詞的原意是指將材料有序沉積到粉末層噴墨打印頭的過程。最近此詞的含義已經擴大到廣泛包括的各種技術，如擠壓和燒結過程。技術標準一般使用「增材製造」這個術語來表達這個廣泛含義。

3D打印的歷史

術語與方法

 
3D打印電腦輔助設計（CAD）模型

早期的增材製造裝置和材料在20世紀80年代發展起來。[3]1981年，名古屋市工業研究所的小玉秀男（：小玉秀男）發明了兩種利用光硬化聚合物的增材製造三維塑膠模型的方法，其紫外線照射面積由掩模圖形或掃描光纖發射機控制。[4][5]之後在1984年，三維系統公司（英語：3D Systems）的查克·赫爾（英語：Chuck Hull）（Chuck Hull）[6]發明了立體光刻，用紫外激光固化高分子光聚合物，將原材料層疊起來。Hull稱這一程式可以「通過建立打印目標物體每部分之間的聯絡來打印三維物體」，[7][8]但該程式已由小玉發明。Hull的貢獻是設計了STL（立體光刻）檔案格式，該格式被廣泛應用於3D打印軟件和電子切片與填充。「3D打印」這個術語最早是指使用標準的傳統噴墨打印機噴頭的流程，到現在為止，大部分3D打印機，特別是3D打印愛好者使用的和針對消費者設計的3D打印機，使用的大都是採用熔融沉積建模法（這是塑膠擠出的特殊應用）。

針對金屬燒結或金屬熔化（例如選擇性激光燒結（英語：Selective laser sintering），直接金屬激光燒結（英語：Direct metal laser sintering）和激光選區熔化（英語：selective laser melting））技術的增材製造在20世紀80年代和90年代通常採用不同的名稱。儘管大量自動化技術當時已經被運用到幾乎所有金屬加工產品都需要經過的澆鑄、製造、衝壓、加工等程式中（如機械人焊接、電腦數值控制技術（CNC）的應用），只用一件工具或一個噴頭就可以完成從原材料到成品全過程的想法還是只能讓大多數人聯想到金屬切削（而不是增添）的過程，例如數控銑削（英語：Milling (machining)），數控電火花加工和其他程式。但AM類型的燒結已經開始挑戰這個假設。到了上世紀90年代中期，史丹佛大學和卡內基梅隆大學開發出了材料沉積新技術，包括微鑄造[9]和噴塗材料。[10]犧牲材料和支撐材料也變得越來越普遍，讓新的幾何物體可以加工。[11]

「增材製造程式」這個雨傘術語在21世紀的頭一個十年逐漸流行，[12]因為各種增材製造程式都在逐漸成熟，金屬切削很快將不再是金屬加工過程唯一可以使用技術。在這個十年中，為了滿足機器製造（金屬切削是其永恆的話題）的需求，「減量製造」應運而生。然而，同時期，3D打印在大多數人心中只是一種聚合物工藝，增材製造這一術語可能更多地應用於金屬加工製造背景下，而不是聚合物，噴墨打印或是立體平板印刷領域。「減量製造」並沒有取代「加工」，而是在切削方法方面對「加工」這一術語進行了補充。

21世紀早期，「3D打印」和「增材製造」在涵義上有所發展，代指所有增材製造技術。儘管這與早期所指代的意義有所區別，但仍反映出3D工作流程在自動化控制下將材料層疊堆積的共同特點。（其他術語通常被視為增材製造的同義詞或上義詞（英語：hyponymy and hypernymy），例如「桌面製造技術」、「快速製造技術」（是「快速成型技術」的發展），和「即時製造技術」（模仿了二維按需印刷技術））。在2010到2020年這10年，發動機托架[13]和大號螺母[14]等金屬部件在分批生產（英語：Job production）上會有所增加（在加工前或取代加工程式），不再從屬於棒料（英語：bar stock）或金屬板加工。

一般流程

 
3D切片模型

建模

主條目：三維模型

3D打印模型可以使用電腦輔助設計軟件套件或三維掃描器生成。[15] 手動搜集製作3D圖像所需的幾何數據過程同雕塑等造型藝術類似。通過3D掃描，可以生成關於真實物體的形狀、外表等的電子數據並進行分析。以3D掃描得到的數據為基礎，就可以生成被掃描物體的三維電腦模型。

無論使用哪種3D建模軟件，生成的3D模型（通常為.skp、.dae、.3ds或其它格式）都需要轉換成.STL或.OBJ這類印表機可以讀取的格式。

無論是手動還是自動生成3D模型，對一般的消費者來說難度較大。這促進了最近幾年3D打印公司的形成。其中比較有名的有 Shapeways、Thingiverse、MyMiniFactory 和 Threeding。

打印

使用STL格式檔案打印3D模型前需要先進行「流形錯誤」檢查，這一步通常稱為「修正」。對於採用3D掃描獲得的模型來說，STL檔案「修正」尤其重要，因為這樣的模型通常會有大量流形錯誤。常見的流形錯誤包括，各表面沒有相互連接，或是模型上存在空隙等。netfabb、Meshmixer，或是Cura和Slic3r都是常見的修正軟件。[16][17]

完成修正後，用戶可以用一種名為「slicer」（意為「切片機」）的軟件功能將STL檔案代表的模型轉換成一系列薄層，同時生成G代碼檔案，其中包括針對某種3D打印機（FDM印表機）的客製化指令。接下來，用戶可以用3D打印客戶端軟件打印G代碼檔案，這種客戶端軟件可以利用載入的G代碼指示3D打印機完成打印過程）。值得注意的是，實際應用中的3D打印客戶端軟件通常會包含「切片機」軟件功能。有多種開源切片機程式可供選擇，如Skeinforge、Slic3r和Cura，不開放原始碼的切片機程式則有Simplify3D和KISSlicer。3D打印客戶端軟件則有Repetier-Host、ReplicatorG和Printrun/Pronterface。

 
掃描過的棘龍（Spinosaurus）顱骨打印為兩種尺寸

需要注意的是還有一款用到3D打印的人們經常使用的軟件叫做G代碼檢視器（Gcode viewer）。這個軟件可以檢查印表機噴嘴的行進路線。通過檢查這個，用戶可以自行決定修改GCode打印模型的不同方式（例如以不同姿勢，如站立或平躺）以節省塑料（根據姿勢和噴嘴路線，會用到更多或更少的支撐材料）。G代碼檢視器的例子有Gcode Viewer for Blender和Pleasant3D。

3D打印機根據G代碼從不同的橫截面將液體，粉末，紙張或板材等材料一層層組合在一起。這些層次與電腦輔助設計模型中的虛擬層次都是相對應的。這些真實的材料層或人工或自動地拼接起來形成3D打印成品。3D打印技術的主要優勢在於，它幾乎可以打印所有形狀的物品。

打印解像度指的是層次的厚度以及長和寬解像度，單位為點/英寸（dpi）或微米（µm）。層厚一般為100微米（250點/英寸），但有些印表機，例如OBjet Connex 系列和Project 3D系統，可以打印層厚16微米（1600點/英寸）的物體[18]，橫縱解像度可以與激光印表機媲美，3D圓點直徑大約為50到100微米（510到250點/英寸）。

現代制模技術根據工藝，模型大小和模型複雜程度的不同，耗費的時間從幾個小時到幾天不等。增材製造系統則可以將一般生產時間縮短到數小時，當然具體生產時間仍然根據印表機型號，模型大小和同時打印模型數量的不同會有較大變化。

傳統的諸如注塑成型等工藝在批次生產聚合物上成本較低，但增材製造速度更快，更靈活，在生產少量物體時較划算。擁有了3D打印機的幫助，設計者和概念開發團隊就可以利用這個只有桌面大小的印表機進行零部件和概念模型的生產了。

完成

 
世界範圍的快速原型成型技術

儘管3D打印的解像度能滿足許多產品的要求，但仍有上升的空間。方法是：先用標準解像度打印一個比要求稍大的模型，然後用高解像度的削減程式將多餘的材料移除[19]。這樣就能得到更為精確的3D模型。

一些可用於打印的聚合物在完成時可以讓表面光滑，並使用化學氣相過程改善。

有些增材製造技術允許在打印過程中使用多重材料。這些技術能夠同時進行彩色和混色打印，且不一定需要塗漆。

一些打印技術要求內部支撐來在建造懸臂特點。這些支撐必須在打印完成時用機械方法清除或溶解。

所有的商業化的金屬3D打印機都包含了在沉積後切割從金屬基板切去金屬部件的功能。GMAW 3D打印有一種新工藝可以用錘子取出去除鋁部件來修改基材表面。[20]

過程

 
使用快速成型工業KUKA機械人製造的Audi RSQ汽車

在20世紀70年代後期，出現了許多不同的3D打印方法。最初，3D打印機非常笨重，昂貴，並且能夠打印的東西十分有限。

許多增量技術逐漸投入使用。不同增量工藝主要區別在於層疊方法和使用的材料。有些工藝通過熔化或軟化材料分層，例如激光選區熔化（英語：selective laser melting）技術（SLM）或直接金屬激光燒結（英語：direct metal laser sintering）術（DMLS）、選擇性激光燒結（英語：selective laser sintering）術（SLS）、熔融沉積成型（FDM）[21]或熔絲製造（FFF）。還有些工藝運用不同技術加工液體原料，例如立體光刻技術（SLA）。在分層實體製造（英語：laminated object manufacturing）技術（LOM）下，原材料（紙張，聚合物，金屬等）被切分成層以供重組。每種增量工藝都有自身的優缺點，因此一些公司開始同時供應粉末與聚合物原材料以供不同的工藝選擇。[22] 另外一些公司有時會以現成的普通單據為原料製作能長期使用的基礎模型。在挑選3D打印機時，主要需要考慮的是打印速度，印表機價格，打印原型價格，打印材料的選擇，價格及其顯色能力。[23]

可直接處理金屬的3D打印機價格較高。但有時便宜的3D打印機也可以用來制模，然後在此模型的基礎上製作金屬部件。[24]

印表機類型 工藝 材料
擠壓型 熔融沉積成型（FDM）或熔絲製造（FFF） 熱塑性塑料（例如，PLA、ABS樹脂、TPU、HIPS、尼龍）、HDPE（英語：High-density polyethylene）、共晶、食用材料、橡膠（萬能橡皮泥（英語：Sugru））、雕塑粘土（英語：Modelling clay）、普萊斯蒂辛橡皮泥（英語：Plasticine）、室溫硫化有機矽（英語：RTV silicone）、瓷、金屬粘土（英語：Metal clay）（包括貴金屬粘土（英語：Precious Metal Clay））
自動注漿成型（英語：Robocasting） 陶瓷材料、金屬合金、金屬陶瓷（英語：cermet）、金屬基複合材料、陶瓷基複合材料
金屬線路型 電子束無模成型製造器（英語：Electron beam freeform fabrication）（EBF3） 幾乎所有金屬合金
顆粒型 直接金屬激光燒結（英語：Direct metal laser sintering）（DMLS） 幾乎所有金屬合金
電子束熔煉（英語：Electron-beam melting）（EBM） 包括鈦合金在內的幾乎所有金屬合金
激光選區熔化（英語：Selective laser melting）（SLM） 鈦合金、鈷鉻合金（英語：Cobalt-chrome）、不鏽鋼、鋁
選擇性熱燒結（英語：Selective heat sintering）（SHS）[25] 熱塑性粉末
選擇性激光燒結（英語：Selective laser sintering）（SLS） 熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末
粉末噴墨針頭型（英語：Powder bed and inkjet head 3D printing） 石膏3D打印（PP） 石膏
層積型 分層實體製造（英語：Laminated object manufacturing）（LOM） 紙張、金屬箔、塑料薄膜（英語：plastic film）
光聚合型 立體光刻（SLA） 光聚合物 ( 環氣樹脂，丙烯酸脂 )
數字光處理（DLP） 光聚合物

擠壓沉積過程

 
熔融沉積成型：1—注射熔體塑料噴嘴，2—沉積材料（模體），3—抽取式操控台

20世紀80年代晚期 S.Scott Crump（英語：S.Scott Crump） 發明了熔融沉積成型（FDM）技術，1990年斯特塔西公司（英語：Stratasys）將這一技術應用於生產。[26] 此技術專利到期後形成了一個大型的開放資源，允許商業或個人使用應用此技術3D打印機。由此，FDM技術從發明以來價格一路降低。

FDM技術製作模型或部件的方法是使用一種細珠，可以即時硬化形成分層。纏繞在捲軸上的熱塑絲或金屬線逐漸展開並輸送向擠壓噴嘴。擠壓噴嘴將其加熱輸出。通常情況下會使用步進馬達或伺服馬達操控擠壓噴頭和調控材料輸出。噴頭橫縱均抽取式，通常使用微控制器當中的電腦輔助製造（CAM）軟件套件對噴頭輸出過程進行監控。

ABS樹脂、聚碳酸酯（PC）、聚乳酸（PLA）、高密度聚乙烯（英語：High-density polyethylene）（HDPE）、PC/ABS、聚苯礬（英語：Polyphenylsulfone）（PPSU）和高抗沖聚苯乙烯（HIPS）等高分子聚合物都會在過程中被使用。一般情況，這些聚合物都被用純樹脂粘接起來，呈絲狀。在這一開放資源中，很多專案都在研究如何將廢棄塑料轉化成可利用的細絲。其中一個專案就在研究可以將塑料分片擠壓成可利用細絲的生產裝置。

運用FDM技術生產的模型在造型上會有些許限制。例如鐘乳石樣的造型就很難生產出來，因為打印過程中沒有對被打印物體的支撐。因此，該技術必須設計出一種支撐物，不能太厚，並且在成品完成時可以將其打碎剝離。

顆粒材料結合

另一種3D打印技術就是在顆粒床上對材料進行選擇性融合。首先，先融合部分材料，將其放入工作區，加入另一層顆粒材料，重複上一個過程，直到一個完成的部件被生產出來。這一過程使用未融合的材料作為媒介來支撐懸掛的或材質較薄的膏體，減少了生產過程中臨時輔助支撐材料的使用。過程中還會使用激光來將液體的媒介燒結，例如選擇性激光燒結（英語：selective laser sintering）（SLS）技術，會同時運用金屬和聚合物（如聚酰胺（PA）、玻璃纖維增強聚酰胺（PA-GF）、玻璃纖維（GF）、聚醚醚酮（PEEK）、甲苯（PS）、Alumide（英語：Alumide）、碳化物、彈性體），和直接金屬激光燒結（英語：direct metal laser sintering）（DMLS）技術。[27]

德克薩斯大學的Carl Deckard博士和Joseph Beaman博士在美國國防部進階研究計劃局（DARPA）的資助下於20世紀80年代中期發明了選擇性激光燒結（英語：Selective laser sintering）（SLS）技術，並取得專利。[28] 1979年R.F.Housholder也取得了類似技術的專利，但並沒有投入商業生產。[29]

激光選區熔化（英語：Selective laser melting）（SLM）技術並不採用燒結融合粉末顆粒的做法，而是分層使用高能量激光使粉末完全融化，產出高密度的材料。這樣生產出的材料與用傳統方法生產出的金屬機械效能類似。

電子光束溶解法（英語：Electron beam melting）（EBM）也是一種類似的增材製造技術，用於製造金屬部件（鈦合金等）。EBM技術在真空中用電子束逐層的熔化金屬粉末。但與需要在低於熔點的溫度下採用的金屬燒結工藝不同，EBM技術生產出的部件密度大，無氣泡，硬度強。[30][31]

另一種方法需要採用一種3D噴墨打印（英語：Powder bed and inkjet head 3D printing）系統。印表機平鋪一層粉末（石膏，樹脂等），運用類似噴墨打印的方法製作出一部分部件，再將橫截面粘合起來，每次生產一層模型。這個過程一直重複下去，直到模型的所有層次都打印出來。這種技術可以打印全彩物體和懸空以及彈性物體。通過注入蠟或熱固性聚合物可以提高粉末打印物的粘合力。

層壓

一些3D打印機可以使用紙張進行低成本的3D打印。20世紀90年代，一些公司開始推廣一批新型的3D打印機。這些印表機使用二氧化碳激光束切割出一部分有特殊塗層的紙張，然後再層層壓合在一起。

2005年，Mcor科技有限公司（英語：Mcor Technologies Ltd）發明了一種不同的方法，採用碳化鎢刀片切割普通的辦公室紙張，對其加壓，選擇性地沉積粘合材料組合出成品。[32]

還有許多公司出售的3D打印機可以使用薄塑料或薄金屬片對材料進行層壓成型。

光聚合

 
立體光刻工藝

1986年查克·赫爾（英語：Chuck Hull）取得立體光刻技術（SLA）專利。[33] 1974年Mitsubishi's Matsubara發明出光聚合技術，SLA主要採用的就是這種技術，從液體從分離出固態成品。[34] 該技術大大改進了1860年 François Willème (1830–1905)發明的「光雕塑」技術。這種「光雕塑」技術需要從不同的等距角度對物體進行拍攝，將每張相片嵌入螢幕中，再用比例繪圖儀（英語：pantagraph）在塑形粘土上繪出輪廓。[35][36][37]

在使用光聚合技術時，要求將一桶液體聚合物置於安全燈（英語：safelight）的可控光照射下，暴露在燈光下的液體聚合物的表層漸漸固化，此時將已經固化的模板向下移動，再次將液體的聚合物暴露在燈光下，再次固化。如此重複直到整個模型成型。將剩下的液體聚合物控出，剩下的就是固體模型了。EnvisionTEC（英語：EnvisionTEC） Perfactory[38]就是DLP快速制模系統的使用案例。

諸如Objet PolyJet之類的噴墨印表機系統採用的方法是將光聚合物噴灑在極細的一層托盤上（16至30微米之間），每層光聚合物在被噴出之後需要紫外線進行固化加工，這樣可以使最終固化的模型可以立刻投入使用而不再需要後期固化。用於支撐複雜形狀模型的凝膠樣的支撐材料可以手工或噴水去除。該技術同樣適用於彈性體原料。

運用多光子光聚合技術的3D微加工可以製造超小微粒。該技術採用聚焦激光束將凝膠變成需要的3D模型。因為光激發是非線性的，凝膠只會在激光照射的地方固化，剩餘的則可以直接丟棄。無論是小於100納米的微粒，還是有移動交叉的複雜模型，這種技術都可以輕鬆做出。[39]

另一種技術則需要用到經LED燈固化的人造樹脂。[40]

遮罩圖像投影立體光刻技術將3D電子模型水平分割成片狀，每片都會被轉化成二維遮罩圖像，將遮罩圖像嵌到光固化樹脂的平面，打上燈光，就能把樹脂固化成每片模型的形狀。[41] 有些模型包含多種材料，凝結速率不同，有些公司在製作這些模型時就採用了該技術。[41]研究發現，將光束從下方照射，可以使樹脂快速均勻地分佈，這樣，生產時間就從數小時縮短到了數分鐘。[41]商業化的Object Connex等裝置採用噴嘴噴灑樹脂。[41]

3D打印機

工業用途

從2011年5月起，Ultimaker（英語：Ultimaker）公司開始出售價格從1,300美元到2,750美元不等的增量生產系統。這些生產線可以利用到多個領域：航空航天，建築，汽車，國防，牙科等等。通用電氣公司就採用了高端3D模型生產渦輪部件。[42]

消費用途

 
RepRap 2.0版 Mendel
 
MakerBot Cupcake CNC
一台Ultimaker 3D打印機在Mozilla生產商聚會上工作


多家公司正在研發家用3D打印機。目標市場主要為DIY一族，3D打印愛好者，燈塔客戶以及學術研究和電腦領域。[43]

RepRap在3D打印機家用系列中已經發展了很久，旨在生產自由及開源硬件（FOSH）的3D打印機，各項規格符合GNU通用公共許可證的要求，並能生產自身零部件。[44][45] RepRap已證明可以打印電路板[46]和金屬部件。[47][48]

因為RepRap的「資源開放自由」，許多相關科技紛紛效仿，帶動大部分相關或衍生3D打印機開放資源。這種開放性意味着3D打印機的各種變體將會較容易實現。但不同技術的質素，複雜程度以及使用材料和成品的質素都是不同的。開放資源的3D打印機可實現高度客製化化，並且可以利用Thingiverse和Cubify等，借鑑公有領域設計，開發開源適用技術，隨着其迅速發展，逐漸在各個領域得到關注。該技術因其材料的易得性和經濟性，也有助於可持續發展計劃的展開。[49][50]

3D打印機的價格自2010年左右開始大幅度下降，過去要2萬美元的機器現在可能1000美元不到就可以買到，[51] 像2013年一些公司和個人開始售賣RepRap的零部件，價格大概只要400歐元（500美元）。[52] 開放軟件計劃Fab@Home（英語：Fab@Home）[53]發明出的普通用3D打印機可以使用任何能從噴頭裏擠出來的原料，從巧克力到矽酮密封劑到化學反應物。2012開始，供銷商開始供應類似的3D打印機的安裝套件或成品，價格為2000美元上下。[52] Kickstarter旗下的Peachy Printer印表機預計售價為100美元，[54] 其他瞄準了小型經濟型3D打印機市場的還有mUVe3D和Lumifold等新型印表機品牌。Rapide 3D設計了專業級的3D打印機的成本為1499美元，在使用過程中無煙也無響聲。[55] 「3D打印鋼筆」3Doodler籌集了2300萬美元在Kickstarter上賣99美元，[56] 雖然3D塗鴉（3D Doodler）一直被批評更多是一支工藝筆，而不是3D打印機。[57]

 
Airwolf 3D AW3D v.4（Prusa）印表機

隨着其價格的降低，3D打印機越來越受到DIY客戶的歡迎。[58]另外，利用3D打印技術自製物品能降低物耗進而減少對環和迴圈系統的影響。[59]回收廢舊塑料桶，回收的塑料將被用於3D打印。有人設計了一些回收計劃，例如商業性的Filasturcer，用於將洗髮水瓶，牛奶盒等廢舊塑料改造成可用於RepRap3D打印機的低成本原料。[60]有證據顯示，這種回收對有益於環境保護。[61]

從RepRap基礎上發展而來的3D打印機不斷發展，可客製化性越來越強，出現了專供小型企業和消費用途的3D打印機。諸如Solidoodle（英語：Solidoodle）[42]、Robo 3D（英語：Robo 3D）、RepRap專業版與Pirx 3D等生產商推出的相關安裝套件和成品，售價不足1000美元，比2012年9月少了數千美元。[42] 這些3D打印技術的解像度和生產速率介於個人印表機和工業印表機之間。這些印表機的具體價格和其他相關資訊還有待公佈。[52] 最近，TripodMaker（英語：TripodMaker）等Delta機械人被運用到3D打印技術中以提高打印速度。[62] 這種印表機外形，打印程式各不相同，打印精確度主要取決於打印針頭的位置。[63]

有些公司也提供3D打印軟件，作為其他公司生產的3D打印硬件的補充。[64]

大型3D打印機

大型3D打印機可用於工業，教育和科研等領域。2014年SeeMeCNC生產出一台大型三角洲式3D打印機，能打印最大直徑4英尺(1.2米)，最大高度10英尺(3.0米)的物體。與其他3D打印機不同，它採用塑料球為原料，而不是塑料細絲。[65]還有一種大型3D打印機，名稱為「大面積增材製造」（BAAM）。其目的在於快速打印體積較大的物體。Cincinnati 公司在2014年生產出的一款BAAM印表機打印速度為一般3D打印機的200到500倍。Lockheed Martin公司研發中的BAMM印表機旨在打印航天航空專用的長條狀物體(最長可達100英尺/30米)。[66]

生產應用

3D打印使得生產單個物品與批次生產幾乎一樣便宜，這就削弱了規模經濟。它對社會影響的深遠端度可能同1750年的蒸汽機，1450年的印刷機和1950年的電晶體一樣，沒人能輕易預料。它迅速發展着，對每個相關領域都產生着巨大的影響。
—  《經濟學人》，2011年2月10日，領袖篇[67]

增材製造技術的應用始於20世紀80年代，涵蓋產品開發，數據視覺化，快速成型和特殊產品製造領域。在90年代增材製造技術在生產領域（分批生產（英語：Job production）、大量生產和分散式製造（英語：distributed manufacturing））的應用有了進一步發展。21世紀早期增量生產在工業生產的金屬加工領域[68]也第一次達到了前所未有的規模。21世紀初，增材製造相關器械銷量大幅增加，價格大幅下降。[69] 諮詢公司Wohlers Associates稱，2012年3D打印機和3D打印服務在全球的價值為22億美元，比2011年增加29%。[70] 增材製造技術同時也衍生出許多應用服務，涵蓋建築、工程建造（AEC）、工業設計、汽車、航空[71]、軍事、工程學、口腔和醫藥工業、生物科技（人體器官移植）、時尚、鞋類、珠寶、眼鏡、教務、地理資訊系統、飲食等領域。

增量技術最早應用於工具生產。其中最早的增量技術應用之一就是快速成型制模法，旨在減少製作新部件新裝置模型的時間與開銷，因為原先採用的減量製造法速度慢而且昂貴。隨着增材製造技術的日趨成熟，在商界的存在感日益增強，它常以新穎的甚至有時難以預料的方式滲入生產終端。[72]原先減量技術獨霸一方的領域漸漸的也出現了增量技術的身影，在有些應用中，增量技術甚至可以取得更高的利潤。

分散式製造

增材製造與雲端運算技術結合，使系統或地理上的分散化生產成為可能。[73]一些企業已經在進行此類分散式製造（英語：Distributed manufacturing），有些還提供為3D打印商與客戶牽線的服務。[74]

一些公司提供官網3D模型的線上3D打印服務，服務對象既可以是公司，也可以是個人。[75]3D打印設計圖可以郵寄給客戶或到提供商處自取。[76]

大規模客製化

3D打印公司提供客製化化服務，客戶只需使用簡單的網頁客製化軟件即可客製化特殊的3D物體。[77][78]例如，消費者可以線上設計手機套。[79]諾基亞推出了其手機的3D設計圖，消費者可以據此設計打印自己的手機套。[80]未來可能連傢俱這種大型物品都能這樣製作出來。

快速製造

快速生產引入了可用於最終生產的原料，從而使直接生產零部件成品成為可能。3D打印給快速生產帶來的一個好處就是可以降低少量零部件的生產成本。

快速生產是一種新型生產法，許多工序還處在設想中。3D打印技術正在進入快速生產領域，並被視為，用一篇2009年的專家報告的話說，"更進階"的技術。[81]目前最有希望實現的是選擇性激光燒結（英語：selective laser sintering）(SLS)和直接金屬激光燒結（英語：direct metal laser sintering）(DMLS)技術和其他一些基礎較好的快速制模法的應用。但是即使到了2006年，這些技術大部分仍然處於構思階段，想要真正被作用到實際生產中，前方仍有很多障礙。[82]

快速成型

 
由3D打印製作的全彩微型人頭模型（FaceGen出品）
 
2013年班加羅爾3D打印機生產商打印展覽
主條目：快速成型

20世紀80年代早期工業印表機就已經存在，並廣泛地應用於快速成型和學術研究當中。這種印表機體積較大，使用特殊的金屬粉末，鑄模媒介（沙粒等），塑料，紙張和墨盒，應用於大學和商業機構的快速成型實踐當中。

研究

3D打印因其能製作專業化、客製化的幾何形狀而對研究實驗室特別有用。2012年英國格拉斯哥大學的一項概念驗證研究顯示3D打印技術可以用來輔助生產化合物。他們首先打印出反應容器，接着用印表機將反應物注入容器當中進行反應。[83]他們生產出了新的化合物，證實了該過程的有效性，但目前這一技術還未進行針對性推廣。[83]

食品

主條目：3D食物打印

3D食物打印機可以預先載入食譜並讓用戶遠端地透過電腦、手機或其他科技產品來設計出自己專屬的食物。不管是形狀、顏色、口感、口味或營養成分都可以被完全客製化，可有效應用在許多領域像是航太產業或醫療相關產業。[84]

康奈爾創新機器實驗室稱Hydrocolloid Printing牌3D打印機可以進行客製化食物的生產。[85]3D食物印表機正在研發過程中，可以把巧克力、糖果、意大利麵條[86]、餃子、起司[87]、比薩餅等食物一層一層地「擠」出來。[88]

格拉斯哥大學的Leroy Cronin（英語：Leroy Cronin）教授在一篇TED演講中提到，未來可能利用化學物質作為3D打印機的「墨水」，進而生產藥物。[89]

工業應用

在20世紀80年代初以來，工業的3D打印機已經存在，並已廣泛用於快速成型設計和研究目的。這些通常是較大的機器，使用專有的金屬粉末，鑄造媒介（如沙子），塑料或磁帶，並用於許多快速原型使用的大學和商業公司。製造工業用3D打印機的公司包括Renishaw，Objet Geometries，Stratasys，3D System和Z Corporation公司。

服裝

3D打印逐漸應用到服裝領域，時裝設計師們也會使用3D打印的比基尼泳衣，鞋子和裙裝進行時裝設計構思。[90] 耐克在2012年為美國球員設計的Vapor Laser 的制模和生產中，就利用了3D打印技術，同樣的，還有New Balance利用3D技術進行運動員專用跑鞋的私人客製化生產。[90][91]

3D打印研發公司正在研究可投放市場的眼鏡，擁有受歡迎的樣式，配以客製化化的全套產品(除了鏡片以外)。但隨着快速制模的發展，鏡片的客製化也逐漸成為可能。[92]

汽車

2014年年初，瑞典超級跑車生產商科尼賽克發佈了新車One:1，其中使用了許多3D打印的零部件。在科尼賽克生產的汽車中，One:1擁有3D打印的測鏡內零件，風道，鈦排氣部件，和全套的渦輪增壓器組裝線。[93]

美國公司Local Motors（英語：Local Motors）與橡樹嶺國家實驗室，以及Cincinnati公司正在合作研發大型的增材製造系統組裝整車車體。[94] Local Motors公司還計劃2014年9月在國際生產科技展上在觀眾面前現場打印汽車：「汽車底盤和車身由纖維加強的熱塑性塑料製成，沒有動力傳送系統，車輪和車閘重量不足450磅，全車總共也只有40個零部件，並且隨着每次改進，零部件的數量會越變越少。」[95]

Urbee是世界第一輛使用了3D打印技術的汽車(車身和車窗是3D打印的)，它由美國工程公司Kor Ecologic和斯特塔西公司（英語：Stratasys）（3D打印機Stratasys的生產商）共同製造，融合了多重技術，外觀很有未來主義的風格。[96][97][98]

飛機

2015年5月，空中巴士公司宣佈其最新機種空中巴士A350 XWB包括超過1000的部件由3D打印製造。[99]2016年中國華中科技大學機械教授張海鷗，研發出的「智能微鑄鍛銑複合製造技術」與法國空中巴士公司舉行技術合作簽約儀式，2002年起張海鷗開始主攻金屬3D打印，終將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一成功製造出世界首批3D打印鍛件，別於「鑄鍛銑分離」傳統製造方式。由於傳統的金屬3D打印有鑄無鍛，容易產生疏鬆、氣孔、未熔合等缺陷，為解決這一世界性技術難題，張海鷗團隊經過十多年研究，獨立研發此一鑄、鍛、銑一體化技術省去傳統巨型鍛壓機的成本，可透過電腦直接控制成形路徑大降低裝置投資和材料成本，該技術以金屬絲材為原料，材料利用率達到80%以上，絲材料價格成本為目前普遍使用的鐳射撲粉粉材的十分之一左右[100]。製造一個2噸重的大型金屬件，過去需要三個月以上，現在僅需十天左右。

中國研究組發現這種微鑄鍛生產的零組件，各項技術指標和效能均穩定超過傳統鍛件。華中科技大學現有裝置已打印出飛機用鈦合金、海洋深潛器、核電用鋼等8種金屬材料，[101]是當今世界上唯一可印出大型高可靠效能金屬鍛件的增材製造裝備，3D打印正逐漸改變鍛造的定義。2018年9月昆明理工大學增材製造中心採用激光微鑄鍛法，印出了重達21公斤的鈦合金複雜零件，金屬激光3D打印過程中會產生很高的殘餘應力，複雜結構零件的應力變形、開裂等問題一直是金屬3D打印難點，此次製造證明這種難點並非不能克服。[102]

建築

直到近年來，建築模型是由手工建造，並且常常花費很長的時間。因此，建築師經常被迫向他們的客戶展示自己專案的繪圖。據Erik Kinipper說，客戶通常會需要從空間各個可能的角度檢視產品來得到一個清晰的印象以做出明智的決定。為了在很短的時間內得到這些比例模型給客戶，建築師和建築公司往往依靠3D打印。[103] 使用3D打印技術，這些企業可以減少50%到80%的生產時間，做出比加工件輕60%且堅固的比例模型。[104]這樣，設計和模型就只受人的想像力限制了。

3D打印技術對精度、速度和材料質素的改進已經為3D打印從建模過程的用途轉型到製造策略打開了新的大門。南加州大學Behrokh Khoshnevis博士的研究結果可以用3D打印機在24小時內建造一座房子。這個過程叫做輪廓工藝（Contour Crafting）。Khoshnevis、Russell、Kwon與Bukkapatnam將輪廓工藝定義為採用電腦控制系統反覆地放下材料層（如混凝土）的一種增材製造過程。[105] Bushey也討論了Khoshnevis的配備可以噴出混凝土的噴嘴並可以基於電腦圖案建造房屋的機械人。輪廓工藝技術在建造整體結構和子部件的自動化方面有很大的潛力。使用這個過程，設計可能各不相同的一座房子或房屋叢集，可以單次執行自動建造，並將所有電力、水暖、空調管道嵌入。[105]

而且在製作過程中，可以達到零建築廢料，因此成為未來建築的方向[106]。

此外，Sinterhab專案正在研究利用3D打印技術，以月球表層土為基底建造月球基底。為了取代傳統的以粘合劑粘合月球表層土（英語：Lunar soil），科學家正在嘗試使用微波燒結技術將月球表層土砌成堅硬的建材。[107]

類似的研究和計劃可以降低建築成本，並研究用於地球以外的棲息地。[108][109]

歷史建築的紀錄過去常以圖面或相片等平面資訊紀錄，現代因科技發展而有3D掃描技術可較精準地將歷史建築數碼化進行數碼典藏，而以此為基礎之資料除可妥善儲存外，亦可直接或經處理後成為3D數碼模型，現在透過3D印表機可將原本僅存在數碼世界中的資料實體化，數碼化的製造過程更可將人為的誤差降到最低，免除過去建築模入的人為意識或變更產生與實體不符之狀況。[110]

電動汽車與發電機

電機（汽車和發電機）的磁核需要提前加工好的特殊的一層層堆疊的薄電鐵片，片與片之間互相隔絕以減少型心鐵的損耗。有些3D打印要求所用核心材料的性狀（如材料密度，非結晶性，毫微結晶原子結構，材料分離性等）在生產過程中保持不變。這種打印要求或許只能採用不改變核心材料性質的混合3D打印技術，例如燒結，熔合，沉積等。非結晶金屬薄絲層與層之間互相隔絕，如果能對其進行較好的處理，能減少最多80%的電器核心磨損。即使是著名的3D打印「層壓物生產」（LOM）法，也只有在刻印凹槽以固定通電線圈的過程中，或生產後續工序中（例如為了使物體表面平整，同時提高材料的組裝密度而對有氣隙的表面進行碾壓）減少對非結晶物體非結晶結構的破壞，才可能達到減少磨損的效果。

在與美國能源部Arpa-E（先進研究工程機構-能量）計劃簽約後，一隻來自聯合科研中心的研究人員小組自2014年開始研究使用增量技術生產30千瓦特的感應電動機，嘗試使用不含稀土磁體的電動機技術使其在每分鐘0到12,000轉的速度下，保持30至50千瓦特的持續電力。[111]

武器

2012年，一個位於美國的「分散式防禦組織（英語：Defense Distributed）」（Defense Distributed）計劃"設計一種實用型塑料槍，只要使用3D打印機就可以進行下載和複製生產。"[112][113] 該組織還設計了一種可以3D打印出來的650發AR-15型來復下機匣和30發M16彈匣。AR-15有多個機匣（上下各一個），但被序列化上載的部分受法律管制（在這個例子中指AR-15的下機匣），所以2013年5月在分散式防禦組織成功用3D打印機設計生產出了塑料槍後不久，美國國務院就要求他們將相關檔案從網站上撤下。[114] 3D打印使普通消費者也能接觸到數控機床[115][116]的生產過程，因此有人提出質疑，擔心對其對相關槍支管制效果的不良影響。[117][118][119][120]

2014年，日本人由友井村成為世界上第一個因3D打印槍支而被判刑的人。[121]他在網站上上載了槍支構造圖和製作影片，被判刑兩年。警方在他家裏發現至少兩支可開火槍支。[121]

醫藥

3D打印已經被應用到生產移植器官和器械等醫療領域。目前成功的案例有一位英國病人移植的鈦骨盆，一位比利時病人移植的鈦下頜[122]和一個美國嬰兒移植的塑料氣管夾板。[123] 助聽科和牙科在未來有望成為3D打印技術的最大使用領域。[124] 2014年3月，斯溫席海港的外科醫生使用3D打印材料對一位車禍受重傷的汽車駕駛員的面部進行了修復。[125]針對關節炎和癌症損傷器官的移植，相關的3D打印研究正在進行中。[126]

醫療器械

一個年僅5歲的英國小女孩，出生時左手五指發育不完全。2014年10月，她成為了第一個在3D打印技術的幫助下獲得「人工手」的孩子。這個人工手基於這個女孩父母提供的塑膠模型製作。[127] 負責設計工作的是總部位於美國的開源設計組織E-nable。該組織下的志願者們一直在做着主要針對兒童的彌補性組織的設計和生產工作。

3D打印的義肢也被用於受傷動物的治療上。2013年，3D打印技術幫助一隻瘸腿鴨恢復了行走的能力。[128]2014年，一隻沒有前肢的吉娃娃裝上了3D打印的安全帶和輪子。[129]3D打印的寄居蟹殼則讓寄居蟹過上了新房子裏的生活。[130]

生物打印

主條目：3D生物打印

截至2012年 (2012-Missing required parameter 1=month!)，生物科技公司和學界就一直在研究3D生物打印技術在組織工程中的應用，也就是說，用噴墨技術來生產身體組織和器官。設想是，活細胞在凝膠媒介或糖基中一層一層地沉積，慢慢地組成諸如脈管系統的三維組織。[131] 第一個3D組織打印系統出現於2009年，運用NovoGen（英語：NoveGen）生物打印技術為基礎。[132] 由此出現了一些相關術語，例如組織打印、生物打印、肢體打印[133]、電腦輔助組織工程，等等。[134] 3D打印在整修外科軟組織生產方面的應用潛力還在研究當中。[135]

2013年，中國科學家開始使用活體3D打印人耳，肝臟和腎臟。使用活細胞取代塑料，用特殊3D打印機生產人體器官的實驗也獲得成功。杭州電子科技大學的研究人員發明了自己的3D打印機Regenovo，含義是是「3D生物印表機」，用於完成較為複雜的生產工作。據Regenovo研發者之一徐民根稱，該印表機一個小時內可以生產一個迷你肝臟樣本或4/5英尺的人耳軟骨樣本。他還預測未來十到二十年後，就有可能能夠打印功能齊全的器官了。[136][137] 同年，比利時哈賽爾大學的研究人員成功地為一位83歲的比利時婦女打印出了新的頜骨。[138]

電腦和機械人

參見：模組化設計和開源機械人

3D打印技術可以用來製造手提電腦和桌上電腦，例子有Novena（英語：Novena (computing platform)）和VIA OpenBook（英語：VIA OpenBook）標準筆記本機箱。即可以購買Novena（英語：Novena (computing platform)）主機板用在打印的VIA OpenBook機箱中。[139]

開源機械人（英語：Open-source robotics）使用3D打印機構建的。Double Robotics（英語：Double Robotics）授權取得他們的技術（開放SDK）。[140][141][142] 另外，3&DBot是一個有輪子的Arduino3D打印機機械人[143]而ODOI是3D打印的類人機械人。[144]

太空

參見：3D打印的航天器和3D打印 § 建築

2014年9月，SpaceX公司將首批零重力3D打印機交付到國際太空站（ISS）。2014年12月19日，NASA通過電子郵件把套筒扳手的CAD圖紙傳送給了國際太空站上的太空人，他們之後用3D打印機打印了這個工具。太空中的應用使得可以就地打印破損的零件或工具，而不是用火箭為太空任務把提前製作好的物品帶到月球、火星或其他人類群落。[145] 歐洲航天局計劃在2015年6月運送新的可攜式船載3D打印機（簡稱POP3D）到國際太空站，使其成為太空中第二個3D打印機。[146][147] 2013年底，台灣的國立交通大學前瞻火箭研究中心利用3D打印技術印製APPL-9火箭外殼，大幅降低火箭外殼成本，並使火箭內部裝置的拆裝及測試更加容易。[148]

世界上第一枚有85%是以3D打印建造的火箭人族1號預計將於2023年在美國的佛羅里達州發射，這支火箭由美國航空航太製造（英語：Aerospace manufacturer）公司相對論空間（英語：Relativity Space）運用3D打印技術、人工智能和機械人在60天內建造完成。[149][150]。

社會文化應用

 
圖中為3D打印的限量版首飾。這串項鍊的原材料為玻璃纖維填充的染色尼龍。把材料串起來的掛繩同材料本身一樣，也是3D打印出來的。
 
在馬德羅丹製作的3D自拍，由Shapeways3D打印。

2005年，隨着開源的RepRap和Fab@Home（英語：Fab@Home）專案的啟動，一個迅速發展壯大中的針對3D打印愛好者和家用功能的市場正在形成。目前幾乎所有的家用3D打印機都借鑑了現有的RepRap專案以及其他相關的開源軟件專案的技術。[151]一項研究[152]表明，在分散式製造下，可以大規模製造3D打印機，幫助消費者節省日常用品的花銷。[58]例如，消費者可以在家直接將下載好的3D模型打印出來，而不用去商店購買工廠通過注塑成型技術生產出來的產品（例如量杯或漏斗）。

藝術

2005年，有關3D打印在藝術領域中的運用的研究逐漸出現在學術期刊中。[153] 2007年，在一篇發表在《華爾街日報》[154]和《時代周刊》上的文章的影響下，媒體將一件3D打印作品列為「年度最有影響力的100件設計」之一。[155] 2011年倫敦設計節上由Murray Moss 代為展出的一件以3D打印為主題的展品被收藏在維多利亞與艾伯特博物館(V&A)中。該展品名稱為：《工業革命2.0:物質世界的新實現》。[156]

 
3D打印機製作的花模型

在2013年11月和2014年舉辦的倫敦的3DPrintshow中透露出了3D打印的一些最近的進展。藝術展區展示了塑料和金屬3D打印的藝術品。Joshua Harker、Davide Prete、Sophie Kahn、Helena Lukasova、Foteini Setaki等一些藝術家展示了如何用3D打印改變審美和藝術的過程。展覽的一個部分聚焦於用3D打印推進醫療領域的途徑。這些進展的基本主題是這些印表機可以用來創造滿足每個人具體需求的部件。這使得過程更安全、更高效。這些進步之一是使用3D打印機來做出模仿骨骼的支撐作用的鑄件。這些客製化裝配的鑄件是開放的，可以允許佩戴者瘙癢以及清洗受損區域。開放的結構也可以打開通風。最棒的特點之一是這些鑄件可以回收製成更多鑄件。[157]

3D打印在客製化禮品行業越來越流行，產品如個性化手機套和娃娃，[158] 以及3D打印的巧克力。[159]

3D掃描技術可以應用到真實物體的複製中，比傳統的制模技術價格便宜，難度低，可操作性好。傳統技術對物體進行複製操作難度大，而一些珍貴易碎文物的複製[160]要求避免與制模材料的直接接觸以防止對文物表面的傷害，操作難度就更大了。[161]

批判性製作（英語：Critical making）指的是能將科技與社會聯絡起來的富有成效的創新活動。這種活動旨在彌合創新科技與理論探索之間的鴻溝。[162] 最早的提出者是多倫多大學資訊科技學院助理教授，同時也是批判新製作實驗室主管的Matt Ratto。Ratto認為批判性製作的一個主要目標就是通過物質上的科技發展，來補充和拓展批判性思維，最終使我們對科技的切身體驗與理論分析再次聯通。[163] 批判性製作的重點在於開放性設計，[164] 除了3D打印技術外，還包括其他數碼軟硬件。當說到批判性製作，人們通常會想到精美的設計作品。[165]

通訊

波導管，耦合器，可曲波導管等兆赫茲裝置已經可以利用3D打印的增量層次技術進行生產，這是傳統組裝工藝做不到的。商務專業版EDEN印表機能夠打印最小100微米的物體，經金或其他金屬DC濺射後組裝成為兆赫茲等離子激光裝置。[166]

家用

2012年，家用3D打印流傳在一些3D愛好者中，在家電中的實際應用較少。已經製造出來的有鐘錶[167]和家用木具齒輪。[168] 3D打印還可以進行裝飾品的生產。相關網站上還有關於抓背扒，掛衣鈎，門把手等的相關3D打印資訊。[169]

開放資源的Fab@Home專案[53]已經開發出了普用型的3D打印機，已經被應用於科研領域，進行化合物合成。還有些新型3D技術還在實驗階段，所以一開始沒有立即投入生產。[83] 該印表機可以使用任何可以從注射器中擠出的液體或漿糊作為原料。這一應用的開發者還在開發相關的工業和家庭用途，能使用戶遠端生產藥物或家用化學品。[170][171]

3D打印漸漸應用到日常生活中，很多孩子很小就能接觸到相關產品。隨着發展與不斷創新，3D打印技術在家庭中的應用會越來越多。[172]

一個學生在一份課程作業中設計了OpenReflex單反相機，可與3D打印配套使用。[173]

教育研究

3D打印，特別是開源的RepRap 3D打印機最近也應用到教學當中。[174][175][176] 3D打印讓學生可以不再使用昂貴的用傳統減量方法製作的模型，而是利用3D技術直接設計和打印模型。這種課堂環境可以讓學生學習和使用3D打印的新應用。[177] 例如RepRaps已被用作教學移動機械人平台。[178]

一些學者聲稱，RepRap 3D打印機為STEM教育提供了一個前所未有的「變革」。[179] 這種說法的證據既來自學生在教室中快速成型的低成本，也來自搭建開源實驗室（英語：open-source labs）的科學裝置開源硬件設計的低成本。[180] 學生在課堂上學習3D應用的相關知識，開發3D打印的應用潛力，在這個過程中同時學習工程，設計，和建築的相關知識。化石，歷史文物的複製也可以通過3D打印完成，避免了對珍貴文物可能造成的損傷。對製圖設計有興趣的學生還可以將複雜的部件組裝成完整的模型。3D打印為地形圖的繪製提供了新視角。學生物的學生通過3D模型可以更好的學習觀察人體內部器官和其他生物標本。學化學的學生則可以觀察分子的3D模型，分析化合物間的關係。[181]

Kostakis等人在最近的一篇論文中談到，3D打印和設計能夠提升孩童的認知和創造力，幫助他們更好的適應當今的互聯資訊化社會。[182]

3D打印在未來還可能應用於開放資源的科學儀器的生產中。[180][183]

環境

在巴林群島，3D打印已經投入大規模的使用，以類似砂岩的材料作為原料，生產珊瑚形狀的結構，吸引珊瑚蟲再次繁殖生產，來彌補已經被破壞的珊瑚礁。這些結構比用來製造人工魚礁的其他結構更加自然的形狀，並且與混凝土不同，pH值呈非酸非鹼的中性。[184]

特性材料

供消費者使用的3D打印引進了3D打印機專用材料。例如，用絲狀物質模仿木質品的外觀和質地。此外，注入式碳纖維[185]等新科技應用到打印塑料當中，可減輕塑料重量，提高強度。新結構材料不斷研發出來的同時，3D打印可直接使用已有的式樣。

無氧化鐵波特蘭水泥粉末已被用於建造高達9英尺（2.7米）的建築。[186][187][188]

知識產權

參見：自由硬件

3D打印的應用在一些生產領域已經存在多年，這些領域會涉及到專利、工業設計使用權（英語：industrial design right）、著作權、商標權等的保護問題。然而，如果3D打印機的應用逐漸普及，個人或愛好者們用其進行個人物品的打印，進行非盈利或盈利的分享與傳播，這些知識產權的保護與管理情況就會比較困難。

上述的每一種知識產權紛爭都可能妨礙3D打印採用某種被保護的設計以及打印成品的傳播與銷售。如果想要合法地進行此類的3D打印，用戶需要與所有者進行聯絡，索取使用權（當知識產權還未過期時），一般情況下需要支付著作權費，使用場合與用途也有一定限制。

專利權覆蓋生產過程，裝置，產品，配方等多個方面，不同國家專利權的有效期也不同。因此，如果未經許可就使用某種註冊過的輪子，你可能已經侵犯了他人的專利權。[189]

著作權在任何可感可視的物體[190]中都受到保護，有效期常為著作權所有者在世時間加去世後70年。[191] 一個雕像的製作者擁有這個雕像的外觀著作權，其他人不得未經允許就使用相同或類似的設計。

如果一個物體兼具藝術性(可申請著作權)和實用性(可申請專利權)，在美國法律中，如果其藝術性與實用性沒有明顯的區別，該物體就不能申請著作權。[191]

槍支立法和管理

美國國土安全部和聯合地區情報中心（英語：Joint Regional Intelligence Center）發佈公告稱「3D打印有了重大進步，免費的槍支3D打印檔案在網絡上不斷傳播，檔案分享管理難度大，這些都可能讓違法分子獲得3D打印的槍支，給公眾安全造成隱患。」 「相關法律或許能限制3D打印槍支，但很難做到完全禁止，阻止此類3D打印檔案在網上流通就像打擊盜版音樂，電影，軟件一樣困難。」[192]

國際上其他國家的槍支管制一般比美國要嚴格，因此一些評論家認為會受到更大的衝擊，因為在這些國家很難輕易找到其他槍械替代品。[193] 歐洲相關官員稱3D打印槍支違反當地槍支管制法律，[194] 雖然犯罪分子仍然可以通過其他渠道獲得武器，但科技進步會增加他們獲得槍支的可能性，給社會帶來更多不穩定因素。[195][196] 英國、德國、西班牙、巴西的網上槍械3D打印模型設計圖的下載量不容小覷。[197][198]

有人把限制槍支設計圖的網上載播比作限制用DeCSS來翻錄DVD一樣，在網上載播量太大，想要限制他們根本就是徒勞。[199][200][201][202] 即使美國政府勒令分散式防禦（Defense Distributed）下線，但在海盜灣等共用網站上仍然可以下載其相關檔案。[203] 美國一些立法人員正在籌措出台相關法律，對3D打印進行管理，禁止打印槍支。[204][205] 3D打印的支持者稱對3D打印的管制很難起效，並且會阻撓3D打印產業的發展，阻礙自由權。3D打印較早一批的倡導者之一Hod Lipson教授提出應當對火藥進行管制而不是3D打印技術。[206][207][208][209][210][211][212]

影響

增材製造現在還處於發展階段，如果相關公司想要保有自身的競爭力，就必須靈活發展思維，不斷增添融合新技術。增材製造的支持者稱3D打印技術的可能會阻礙全球化發展，因為3D打印的終端用戶很可能就這樣轉向自己打印所需要的物品，而不再購買他人生產的產品。[3] 然而，新興的增材製造技術如果想要真正融入商業化生產，或許更可能是對傳統減量生產的一種補充，而不是完全的取代。[213]

社會變化

從20世紀50年代起，隨着增材製造逐漸在商業中得到應用，許多作家和社會評論員對此可能來帶的社會和文化變化從多個方面進行了預測。[214] 其中較為重要的一個預測是，隨着3D打印技術越來越多的應用到人們的家庭生活中，家居和工作環境的界限可能變得模糊。[215] 類似的預測還有，因為3D打印技術使得商業公司在全球範圍內新創意的交流更加便利，所以對快遞服務的需求會相對減少。[216] 最後，隨着物品複製的難度越來越小，越來越普及，現有的知識產權保護法是否會進行相應調整還有待觀察。

3D打印機逐漸進入消費者視野，由此，一些線上社會平台應運而生，[217] 例如3D打印機製作教學網站，討論3D打印質素，分享相關新聞的網上討論區，以及熱衷分享3D打印模型的社交網站等。[218][219][220] RepRap是一個基於wiki環境的網站，創始之初旨在提供3D打印的全套資訊，逐漸發展成致力於將3D打印推廣到千家萬戶的團體組織。Pinshape（英語：Pinshape）、Thingiverse和MyMiniFactory等其他網站允許用戶上載自由下載的3D打印檔案，以減少3D檔案傳輸的費用。在這些網站的帶動下，致力於探討推廣3D打印的團體不斷興起，用戶間的線上線下交流逐漸增加。

一些人[221][222][223]呼籲將3D打印與共同對等生產（英語：Commons-based peer production）和其他低成本生產工藝結合起來。依靠外部資源的3D打印平台系統如何實現自身發展，這一問題隨着範圍經濟的發展可能得到解決。同時，非政府組織也能在促進3D打印生產向可持續，客製化化方向發展中起到重要作用。[221] 然而，生產方式的民主化所帶來的問題也是真實存在的，特別是具體物體的生產方法的擴散可能帶來風險。[221] 例如，進階納米材料的可回收性仍然問題重重，武器生產的難度縮小，造假[224]和IP管制問題等等。[225] 傳統工業範式的競爭力來源是規模經濟，而3D打印和共同對等生產（英語：Commons-based peer production）依靠的則是範圍經濟。規模經濟的優勢在於全球運輸的低廉價格，而範圍經濟則利用組裝工具，側重節約基礎設施成本（物理和腦力生產力）。[221] Neil Gerhenfeld[226]稱，「世界上最不發達國家需要一些最先進的科技」。3D打印和共同對等生產能幫助這些國家接觸到國際視野，將其應用到解決當地問題和需要當中。

勞倫斯·薩默斯寫到3D打印和其他科技（機械人，人工智能等）可能給做例行工作的工人帶來"災難性後果"。在他看來，「現在美國在生產線上工作的人比靠殘障保險過活的人都少了」。他認為，現在的發展趨勢是令人擔心的，特別是對於那些技術專業性不那麼強的工人來說，因為資本代表的人工智能在未來會有越來越強的能力代替白領和藍領工作。薩默斯建議社會做出更多的努力來積極改善可能使財富擁有者「逃避」下發工資和賦稅的"各種各樣的機制"（避稅港，銀行保密制度，洗錢，管理混亂等），並要求富人在積累財富的同時回報社會，包括：更嚴格的執行反壟斷法，減少對其知識產權"過分的"保護，積極制定計劃使公司發展惠及普通員工，加強雙方協定安排，提高公司管理水平，加強金融監管，減少對金融活動的補貼，放寬可能使富有者房價上漲的土地限令，為年輕人提供更好的教育機會，培訓下崗員工，提高基礎設施建設方面（能源生產，交通運輸等）的公共和個人投資。[227]

米高·斯彭斯寫道，「強大的數碼電子科技如潮流一般襲來，正在取代人工進行越來越複雜的工作。這一機器取代人工，非中介化（英語：Disintermediation）的過程在服務領域早已出現，比如ATM，網上銀行，企業資源規劃，客戶關係管理，流動支付系統等等。這是一個革命性的過程，儼然已經蔓延到貨物生產領域，體現在3D打印和機械人在某些方面對人工的取代。」他認為，數碼科技的大部分成本來源於初始階段，即硬件（3D打印機本身）的設計和驅動軟件的開發，「設計製作完成後，硬件的邊際成本就很低了（並且隨着生產規模的擴大不斷降低），而軟件的複製成本就更低了，趨近於零。並且有龐大的全球市場對預付的設計和測試的固定費用進行分攤，這一狀況刺激了對數碼技術的投資。」斯彭斯相信，之前的數碼科技促進商業公司在全球內開發未被充分利用的人力資源，而現在的潮流則推動公司「取代人工以減少花銷」。例如，隨着3D打印成本下降，生產的「極度」本地化和客製化化都是很可能出現的。進而，生產過程會根據實際需求，而不再是預計需求，進行調整。[228]

《福布斯》雜誌投資專家預測，考慮到對現有工業起補充作用的小型創新型企業的現狀，和外包市場必要基礎設施的缺乏，3D打印可能引領美國式生產的復興。[229]

參見

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