打开文本图片集
3D打印已经有30多年的历史了，但相关标准还不健全，我国对3D打印标准没有给予足够的重视。南极熊3D打印网（以下简称“南极熊”）作为中国3D打印的互动平台，2014年成立了中国首个3D打印的评测中心，希望可以帮助确定行业标准。相比于中国，美国最大的标准组织——美国材料与试验协会（ASTM）已经公布了3D打印在材料领域的标准，欧盟则为了对整个3D打印产业做一个整体规划，对接德国“工业4.0”政策，发布了最新“3D打印标准化路线图”，以规整3D打印技术在发展战略中的位置及方向。在欧盟第七框架计划的资助下，“3D打印标准化支持行动（SASAM）”的项目于2015年6月发布了一份3D打印标准化路线图。
该路线图旨在成为欧洲标准的一个模板，其中阐述了标准化对于产业应用及现有3D打印技术标准发展的重要性，明确了标准化与优先关注标准之间的差距，以期有助于产业发展符合最佳实践。通过与主要的规范化或标准化机构保持联系，确保目标实现，在更加容易产业化的同时节省原料、保证质量。
笔者认为这一份线路图对中国有着巨大的启示和借鉴作用，可以帮助我国3D打印相关企业来确定未来的产业发展和技术发展方向，帮助我国有关政府部分对相关方向进行支持和鼓励。
一、《欧盟3D打印标准化路线图》概述
这份文件描述了在SASAM项目中首次出现的有关3D打印标准化活动的路线图。路线图基于3D打印领域目前的发展状况而制定，它包含了这一产业和其他主要利益相关者的需求和展望，并且大体上反映出了这项技术在制造业与社会中的发展趋势。SASAM合作者与其他利益相关者已经在考虑到相关性的前提下编辑和评估了这份文件。被选出的文件一共有25份，每份中最相关的要点已经在评估模板中被指出和注明。
对ASTM标准发展的兴趣和关注已经形成了趋势。一个由全球（以欧洲为中心）超过122位工业驱动的利益相关者组成的团体正在积极活跃于3D打印领域。他们指出了3D打印标准的需求和类型，同时表示，自己必须将精力放在客户和市场上，并且支持3D打印的工业化实施。这些标准已经分成了不同的类别，比如设计、特殊工业需要、制造部件的质量、安全性（即规章制度）和教育。
文件包含一份已经得到更新的现有3D打印标准的名单，同时说明了与标准化机构正在进行的交流与合作。无论与技术委员会的进一步合作对于3D打印主题来说是否理想，标准化的参与者都将做出评估。2015年1月，欧洲标准委员会（CEN）还制定了一项与3D打印相关的CEN/TC 438标准。
来自3D打印标准化利益相关者的数据显示，人们对3D打印技术的期望是释放经济，推动工艺、设备和相关产品的可靠性的发展。目前已经确认的重要主题包括：术语、设计、测试方法、材料与处理，以及数据处理。比起美国材料实验协会（ASTM）、德国工程师协会（VDI）和欧洲标准委员会（CEN），欧洲的参与者更倾向于国际化的ISO标准。此外，这些言论也再次显示出了特殊工业标准的必要资质。
这份专用的标准化路线图能够促进现有的3D打印经济发展，并帮助后者进入新的市场和产业。对于欧洲制造业的创新和经济增长来说，这是一个绝佳的机会，因为3D打印标准的制定很可能会增强欧洲的竞争力并创造更多的就业岗位。此外，这份评估还得到了欧洲“工业景观展望”的重视。
一些指导性原则设计在3D打印标准化文件中：一套适用于全球的3D打印标准；为3D打印标准制定一份通用的路线图和组织化结构；使用并详细阐述现有的标准并在需要提高效率和效益时进行对3D打印目进行的必要修改；合并使用ISO TC261、ASTM F42和最近的CEN/TC 438标准并且重视联合标准的发展。
据预测，到2016年，欧盟3D打印产品的销售额将达到70亿美元。而相关标准会通过提供必要的资质和审批来帮助实现。除了塑料市场，使用3D打印金属材料的市场也在快速增长。将3D打印开发成一种替代性的制造工具将会激励创新并增强欧洲的劳动竞争力。在各自项目内标准化的前提下，28个相关的计划已经被联系并被要求制成一份相应的名单。从标准角度进行的3D打印态势分析（SWOT）揭示了一些欧洲工业拥有的潜在机会。比如对于单点定位制造来说，3D打印是理想的制造方式，因为它不需要库存，可以按需制造，而且能够持续生产。尤其需要指出的是，3D打印的发展和实施可能会在欧洲造就出需要知识密集型工艺的高质量工作。从技术上说，3D打印与传统制造方式相结合的工艺和将其整合到现有的生产线中是最优先的，它们同时也具有很高的潜能。
红砖墙（Red brick walls）1和原则的挑战表明这些建议能够以技术和一般领域的发展归类。技术领域包括：生产、工艺稳定性、材料、工艺和产品质量、产品的数据和成本。一般领域的包括：培训教育、标准和认证、环境、产业定义、责任等。根据来自接受采访的利益相关者的言论，制定出3D打印标准化时间和主题的路线图。提到最多的是工艺稳定性、产品质量、其中材料和生产力。
以SASAM项目为起点，欧洲已经展示了对3D打印标准共同发展的支持。现在，正在建立一项ISO TC261、ASTM F42和CEN/TC 438之间的合作，这项合作将会在一些欧洲专家适当的参与下沿着同意发展方向加强联合标准的发展。基于单一的标准草案，ISO和CEN之间的维也纳协议允许欧洲标准和国际标准的同时获准。
所有涉及到的内容都得到了世界性强有力合作的支持，这种合作支持“工业景观视觉”2的概念并承认3D打印的世界性方法和意义。关于3D打印结构的共识已经达成，即它应该可以同时满足来自HISO/ TC261，ASTM F42和 CEN/TC 438三项标准的要求。共同的结构定义了多个级别和一个3D打印标准的等级划分：一般标准是指一般概念和普通需求；分类标准是指具体到工艺或材料类的需求；特殊标准是指特殊的材料、工艺或应用方面的需求（具体标准的结构见图2）。
等级之间属于一种亲子关系，来自亲代标准的属性会通过子代等级的结构来表现。这种结构的目的是促进模块化标准的发展并降低重复工作及标准之间互相矛盾的风险。此外，ASTM F42和ISO/TC261两项标准已经统一进入一份高优先级的项目名单，作为加强3D打印标准发展的试点：协调现有的ISO 17296-1和 ASTM 52912术语标准（将由ISO负责），标准的测试产品（将由ASTM负责），用于购买3D打印部件的需求（将由ISO负责），设计指导（将由ASTM负责）。
以上的这些工作已经在2013年夏天开始，目前还在继续进行着。工作的执行者是来自3个委员会（ISOASTM-CEN）的成员组成的团体。
二、3D打印标准化介绍
3D打印的概念源自用于自动化生产复杂产品的增材式自由成型技术，3D打印复杂程度和制造成本的关系见图3。3D打印工艺的定义如下：“根据3D数字模型通过添加材料来制造物体，通常的方法是层层堆积，与传统的减材制造方式完全相反。”
3D打印产业有望迅速增长，因为它能够带来许多好处：厂商可以小批量生产具有中空结构的复杂功能性结构，而且这些结构可以根据不同的要求（比如要适应不同的压力）被精确改进。部件可以根据具体的内部结构、孔隙率和表面被定制，极致轻量的结构也能被制造出来。比起传统的制造技术，这种额外的更强大的能力与制造成本和部件设计都高度相关。当前对于3D打印带来的全新可能性的最恰当描述就是“自由的复杂性”。
航空工业与医疗产业是最先开始应用3D打印的领域。目前，3D打印已经在这2个方面实现了相当规模的应用。不过对于其他许多方面的应用来说，3D打印却并没有受到青睐，这是因为，目前这项技术缺乏统一的标准、认证和比较好的实例。所以，尽快制定标准是非常必要的，特别是对于一些关键性的应用，比如医疗植入物（用于健康、治疗和提高生活质量），承载型结构部件，以及航空发动机部件（为了节约能源和提高性能）。
3D打印技术标准化路线图包括将愿景和需求转化为工业标准所需步骤的概述，这些标准不仅会为3D打印的实际工业应用奠定坚实的基础，而且能够刺激这一领域的更多创新和进一步的发展。要实现这一目标就需要非常有条理地整合与协调欧洲3D打印群体和其他利益相关者内部的标准化活动。这将主要通过与ISO/TC261标准的合作来实现，还需要与ASTM F42以及最近启动的用于3D打印的CEN/TC 438两个标准协作。
路线图的报告已经根据下面的3项主要任务创建：收集和评估来自其他相关路线图和3D打印领域最重要进展的信息；转化从上述信息中获得的结论和成果，然后将它们与3D打印利益相关者和这方面的需求调查相匹配；收集反馈、完成并发布用于标准化服务3D打印技术的路线图。紧接着已经完成的SASAM计划、ISO/ TC261、ASTM F42和CEN/TC 438等标准的活动之间的协作已经被启动，其目标是制定出一份共有的线路图，促进跨越不同标准化组织的3D打印国际化标准的发展。
在正在进行的通过ISO/TC261和ASTM F42整合的3D打印标准的发展中可以明显的看出，3D打印的全球性国际化标准是所有人共同的愿望。ISO/TC261和ASTM F42之间的一项协议已经被制定，来协调用于3D打印CEN/TC 438联合标准的发展。
联合的ASTM-ISO 3D打印标准发展计划是建立一个将会根据3D打印产业发展需求改进的工作文件。因此，只要3D打印标准的联合发展一直进行着，它对于来自所有参与者的反馈和建议来说是都是开放的。这份升级路线图的目的是提出一个联合计划，该计划与多个方面相关，包括现有的3D打印标准、3D打印利益相关者、与3D打印标准化相关的计划与文件、SWOT分析以及具有优先级的用于3D打印标准化的时间框架。
三、3D打印的实施
在过去，3D打印制造工艺的开发、改进和工业使用是相当分散和不协调的，而且很大程度上只是为了原型设计。即便今天的3D打印产品具有的机械与材料性能达到了足够进行商业用途的水平，国际和欧洲标准的缺乏还是在阻碍3D打印技术在工业上的真正实施。
由于3D打印技术的基本原理是进行材料的堆叠，使用这项技术制造出的产品会根据制造过程中的参数设置展现出材料性质的不同价值。所以对产品的评估与质量管理将会非常复杂而且不可预测，而这是许多产业，比如航空航天或医疗产业不能接受的。对于改善现状，令3D打印的好处能够被多方面的制造业所接受和利用来说，制定相应标准非常重要。
为了对产业的范围有一个概念，应当了解，目前的波音787客机上已经采用了近30个由3D打印制造的激光烧结部件，而且这个数字还会进一步增长。根据空中客车的估计，比起使用现有技术制造的航空器，完全使用3D打印技术制造的在成本效益上要高出60%并且质量轻30%。资源和能源效率与经济生产的结合将会是未来商用飞机结构面临的主要挑战。3D打印恰好是有能力应对它们的关键技术。3D打印技术将支持并很可能实现以下内容：成本-资源效率足迹上的先进欧洲工业化生产；将3D打印技术开发为另一种制造工具将会激发欧洲的创新并提升其劳动竞争力；个性化商品与服务的产生；可利用先进信息与通信技术的制造系统的开发与实施。
由欧洲3D打印平台起草的战略研究路线图（SRA）2014战略性研究议程将标准化视为促进创新和将新产品推向市场的重要工具。这与欧洲的“工业景观视觉”建议完全相符。知识与技术间的隔阂可以通过研究获得，同时将新产品或新技术引入实际市场的现有需求也需要得到标准化的支持。因此，我们迫切需要国际化的3D打印标准来促进和帮助3D打印技术的广泛应用，以及规范对现有产品的评估。
四、现有的3D打印标准
来源于各方面的有关3D现有标准及其现状的概述已经起草。完成SASAM还制作了一份国际利益相关者（总共102名）需求的清单并提供了一些标准的额外需求。这些需求包括：设计，3D打印的设计方法不同于传统的设计方法，它需要被加以考虑并分别规范（标准化）；具体工业需求，对3D打印市场，比如医疗和航空航天产业，不同方面的具体标准和限制性应用；部件质量和安全性（规章制度），工艺或方法的安全制度以及对材料的处理；教育，可能受到标准影响的重要问题（此项可能不从属于标准化本身）。
1.与3D打印相关的其他现有标准
3D打印技术是跨学科的，拥有多种材料，测试方法和定义属性。一些工艺步骤和数据准备与其它工业很相似。因此，需要评估该如何进行3D打印标准化活动，或是在其他ISO/ TCs和CEN/TCs内部建立联系。
由SASAM计划开始，已经进行了对工业、研究和政府等机构的欧洲3D打印利益相关者的需求、愿望和优先权调查。并对覆盖了68%工业领域的122名受访者的回答进行了分析。该分析显示，90%的受访者正在使用标准，这意味着总的说来，他们是熟悉标准化的背景和主题的。同时，所有的参与者都表示关注质量标准和客户需求。产业受访者指出了一项利用产品开发来满足特殊产业（如医疗产业）需求的好处。所有的群体都强调了一般性的（还有与研发相关的）标准发展需要。质量或资格（体系认证、零件质量、质量控制）是被采访的3D打印标准化利益相关者给出的评论中最重要的话题。市场观点和新的商机也被提及，比如一个对于用户、制造商以及供应商来说的世界级的游戏领域。3D打印技术被期望能够释放经济，推动工艺、机器和产品的可靠性。被确定的重要主题包括：术语、设计、测试方法、材料与工艺，以及数据处理。在ISO、ASTM和CEN合作制定一套具体的工业标准时，明确的国际标准偏好是存在的。
3D打印相关标准的要求如下：标准要能够被大多数参与者使用。可见，标准的需求是迫切的。标准能够得到全球化及国际化的接受非常重要。消费者（3D打印部件的终端使用者）需求是由正在使用的标准驱动的；也会由即将出现的3D打印标准驱动。优先的3D打印标准化主题是：材料、工艺/方法和测试方法。由于标准化的制定和应用，机器与工艺的可靠性被期望能够提升。在对标准的要求上，最常见的争论就是质量或资格（系统资质、材料质量、零件质量、质量控制），市场机会与未来的标准直接相关。
结果表明，标准的发展可以带来巨大的利益，而且它也反映出了社会对新技术的期望。标准化活动被期望能够扩大现有的3D打印经济规模，帮助新的产业融入现有的和新的市场，同时为欧洲工业的创新和经济增长提供巨大机会。
2.3D打印标准化文件分析和标准的草拟结构
S A S A M已经评估了25份最近的与3D打印标准化相关的文件（表1）。这些文件中最重要的发现是对3D打印技术利益相关者需求范围的收集与合并。这份文件可以被欧盟的前瞻性研究“工业景观视觉”完成，该研究将3D打印视为实现这一目标的重要工具。
评估之后，SASAM起草了将被被所有组织遵循并执行的指导性协议：3D打印标准的一般路线图和组织结构。不仅包含标准的使用和阐述，还可根据需要进行改进。为了效率和效益，ISO TC261与ASTM F42（以及最近的CEN/TC 438）将以联合标准的发展为重点进行联合工作。
以下的提议紧跟着被评估文件的名单、利益相关者的需求和ISO/ TC261与ASTM F42之间的联合计划与工作协议，下列将被所有组织遵循并执行的指导原则上的关键协议已经被起草：将用于全世界的一系列3D打印标准。3D打印标准的一般路线图和组织结构。对现有标准的使用和阐述，需要时可根据3D打印改进。为了效率和效益，ISO TC261与ASTM F42（以及最近的CEN/TC 438）将以联合标准的发展为重点进行联合工作。
3.联合标准发展的重点
目前，路线图已经在ASTM F42，ISO/TC261和SASAM的合作下被联合制定出来了。3D打印利益相关者的一般性需求和利益已经被确认并被关联到了每个组织的工作系统和正在进行的工作之中。基于此，一般性路线图的结构被提出，一份有关联合3D打印标准发展的高优先级候选者的共享名单已经制定完成。
另外，对欧洲标准意义进行研究的前瞻性机构提到：“标准化在激发和实现欧洲创新与竞争力的重要性是欧洲政策的中心。”因此，5项有关标准化的优先领域被确定：整合（一体化）的标准；环境可持续性的标准；质量与性能的标准；服务标准；“去风险”标准。
4.3D打印标准的结构
3D打印标准的一般结构定义了多个级别和基于3个级别的层次。一般标准：即一般概念和普通需求；分类标准：即具体到工艺或材料类别的需求；专业标准：即具体材料、工艺或应用方面的需求。结构图仅仅是一种高级的指导，不排除存在于其中的例外或特殊情况。图1中标记和文字是一些例子和标示，仅仅是为了说明可能被用于层次优先级的标准的类型。具体的标准和分组还没有确定。标准层次的存在是为了减少3D打印标准中的重复，具体如下：层次中存在从上到下的亲子关系；特性会从上层传给下层；根据具体需要，低级标准可以修改/增加特性；与通过垂直层次的3条可能的路线相关的关键问题是：制定后的标准将用来指定或评估什么？（原材料加工/设备或成品部件）；被提议的用于联合发展的指导性3D打印标准SASAM，ISO TC261 和ASTM F42确定了一份与潜在（联合）3D打印标准发展相关的高优先级候选者名单：资格与认证方法；设计指南；原材料特性的测试方法；最终3D打印部件机械性能的测试方法（如非破坏性测试）；材料循环（再利用）指南；用于round robin testing的标准协议；标准测试用品，可在同一层面进行3D打印工艺、材料和机器的比较；购买3D打印部件的需求；现有的ISO，ASTM术语标准的统一。
所有的项目都是高优先级的，这些则是被ISO/TC261和ASTM F42（由SASAM利益相关者需求支持）选中作为用于联合开发的试验性3D打印标准。现有的ISO 17296-1和ASTM 52912术语标准的统一（将由ISO召开会议）；标准实验品（将由ASTM召开会议）；购买3D打印部件的需求（将由ISO召开会议）；设计指南（将由ASTM召开会议）。
5.合作与合作程序
除了SASAM的范围，ISO/ TC261，ASTM F42（很快还有 CEN/TC 438）已经在“合作如何具体实施”上就几个具体程序达成了一致。根据Wohlers2014年报告3D打印产业的收入到2016年会达到70亿美元（南极熊最新数据预测，2016年的市场会超过90亿美元）。标准化对3D打印在一些特殊设备中的应用是至关重要的。比如，节能产品、飞机引擎，帮助病人康复的医疗设备。
标准会让医药领域和航空航天领域的认证和审批成为可能（类似FDA）。如果没有标准，这类认证和审评也能够完成，只不过会非常复杂。标准化对这些特定领域的设备发展应用起到促进作用，对商业中的股东而言是显而易见的。标准化过程中的时间花费是有限的，这对节能产品的应用以及提高伤残病人的生活质量非常有好处。
总体来讲，标准化的目的是通过定义那些产品的特征和品质来提高产品、过程和服务的质量，以满足需求，促进提高生活质量，安全系数，健康因素，以及环境保护的品质。在生产和流通环节提供材料，能源人力资源的经济性。一种适合参考或者具有法律约束力的文件，使得各个利益攸关方之间的交流变得清晰明确。消除国际贸易中，由于不同地区经验差别带来的障碍。
6.通过多种控制渠道提升工业效率
SASAM的组成除了有资本方，还有具有长期实践经验的成员以及围绕3D打印相关领域的相关成员。所有参与者都会被问到3D打印标准化与市场相关性的问题。他们的观点认为整个3D打印产业的发展会保持较强的增长。塑料产品会处在领先地位，金属粉末的3D打印也会保持强劲的增长。图4预测了在特定材料方面未来有显著增长的3D打印市场规模。
3D打印技术作为一种制造工具，会促进创新和提高欧洲劳动力的竞争力。在考虑工业领域的细则，总体认为3D打印在某些特定领域是需求很多的。一方面是工业/生产市场，包括医疗（骨科植入手术），牙科、航空航天、自动化、发电、工具等。另外一方面在消费市场，随着桌面级3D打印机走入家庭，在互联网上开启了一个基于3D打印的社区。主要有家装配饰、时尚、艺术和娱乐。这2大类，3D打印在未来一定会成为关键性的技术。