在应用上，3D打印的优势体现在个性化、复杂精密、高难度的生产制造。事实上，在规模制造领域，3D打印的成本和效率仍难以与传统制造匹敌。因此，3D打印主要被应用在价格敏感度不高、小批量以及精密制造的产品。尽管目前各个领域几乎都在尝试此项新技术的应用，包括时装、房屋、食品等，但3D打印在医疗、汽车和航天航空领域的应用在未来最被看好。

    对人体身体部位的复制是高度定制化的产品，目前3D打印已经应用于人体假肢、骨骼、助听器、牙齿等。通过3D打印，这些部件可以与身体完全契合，与身体融为一体。以骨骼为例，当人体的某块骨骼需要置换，可扫描对称的骨骼，再打印出相应的骨骼，最后通过手术植入人体内。对更复杂的器官，包括血管、心脏、肝脏、大脑等，现在仍处于研究和实验阶段，但在未来植入3D打印器官也很有可能成为现实。

    图1：3D打印的颌骨

    在国内，3D打印“骨骼”技术已经于2013年被正式批准进入临床观察阶段。目前，北京大学第三医院骨科专家刘忠军教授带领的团队在征得病人同意后，运用3D打印技术治病救人，已有近40位患者植入了3D打印出的“骨骼”。该院在脊柱及关节外科领域研发出3D打印脊柱外科植入物，其中颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节三个产品已经进入临床观察阶段。这种3D打印的假骨有助将周边的骨头吸引过来，使人体骨骼和植入物结合起来，促进患者康复。到目前，使用3D打印骨骼的患者恢复情况非常好，在很短的时间内，就可以看到骨细胞已经长进到打印骨骼的孔隙里面。但这项技术目前仍处在人体试验阶段，真正地临床广泛应用还需要试验结果的证实以及相关部门的审批。

    汽车制造具有规模经济的特性，但是前期的零部件研发测试阶段则是一个小批量生产过程，因此利用3D打印是一个理想的方案。对这种过程需求，生产要求快速成型，即尽可能缩短开发周期、降低研发成本，以便对关键的零部件进行可行性测验并及时调整。在传统的方式中，零部件测试需要首先进行模具开发、铸造、锻造等工序，这中间需要大量的人员和设备投入，而且时间需求长。但3D打印则免去了这些复杂的前期工序，只要将设计图纸连接打印机，就可以很快得到测试部件，加快整个研发流程。不仅是汽车领域，对于任何复杂的零部件，3D打印都能以一种成本有效的方式改进整个设计及测验过程。而随着未来3D打印技术的日趋成熟，它也可能进入到最终产品的生产和制造中。

    图2：3D打印的汽车零部件

    世界著名汽车生产商—美国福特公司早在1988年就购买了其首台3D打印机，如今福特利用FDM、SLS等3D打印技术进行汽车部件的开发。一辆新车的研发时间动辄几年，研发经费则可能高达上亿。在汽车研发出来后，需要经过台架测试、路面测试等多个环节，才能投入最终的批量生产。福特利用3D打印快速生产出气缸头、进气歧管、排气通道、刹车片和后桥等零部件原型，节省了数百万美元的开发成本和大量的开发时间。

    进气歧管是发动机中结构最复杂的部件之一。制造传统的进气歧管铸件，需要把液态金属浇铸注入预先准备好的铸型中。从计算机模型到制造出原型部件的过程大约需要4个月的时间，花费的成本大约为50万美元。而利用3D打印技术，进气歧管原型部件快速成型，省去了复杂的工序。福特公司在4天之内就可以制作出进气歧管原型部件，而这过程中花费的成本仅为3,000美元。

    图3：3D打印的汽车零部件模型

    与汽车不同，每年新造的航空航天设备数量都极其有限，因此它是一个小批量的精密制造业。但是，每个设备都涉及几十或几百万个零件，复杂精密，尽可能减少零件装配对这些航空航天设备来说能够提升其总体性能和安全性。显然，3D打印正是迎合了航空航天制造业的这些特点，目前在业内已经有一定应用基础。

    图4：NASA工程师使用 3D打印构建下一代探测车

    3D打印技术被视为有助于提升航空航天能力水平的关键技术之一。目前，全球两大飞机制造商波音和空客都已经采用了3D打印实现一部分零部件生产，而不再需要将多种零部件进行拼接。波音公司利用3D打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件，包括将冷空气导入电子设备的形状复杂的导管。这种导气管需要成本高昂且不能获得规模经济。传统的制造方式需要将不同的零件进行组装，但利用3D打印能够大幅简化这一流程。波音工程师迈克尔?海耶斯(Michael Hayes)表示，由于不再需要使用传统的螺丝来组合零部件，3D打印最多可以将零部件的重量降低30%，从而节约燃油成本。

    随着技术优化进步和应用领域拓展，全球3D打印市场正处于快速增长的过程。根据研究机构Wohlers Associates统计，2012年全球3D打印设备和服务市场达到22.04亿美元，较上年增长28.6%，预测2015年的市场容量将达到40亿美元，2017年将进一步增长至60亿美元，2012-2017年的复合增长率达到22%左右。在2010-2012年，3D打印设备和服务市场容量的复合增长率为27.4%，其中，价格低廉的“个人用户级”3D打印机产品（单价通常低于5,000美元）销售额在2008-2011年的复合增长率高达346%，而2012年的增长率也达到46.3%。

    从应用领域来看，消费品、汽车、医疗分别占据3D打印应用市场的20.3%、19.5%和15.1%，而航空航天、ZF和军事等领域则是3D打印增长速度领先的市场。从需求构成来看，服务（service）约占3D打印市场的半壁江山，而设备系统（systems）和材料（materials）各占约1/4。

    图5：3D打印的主要应用领域