3D打印技术到底可行不可行？

驰骋的风 3D打印店铺

    “出售自用桌面3d打印机，9月份刚刚购买，还包含一多半的材料。”一个网友在某3D打印爱好者聚集的QQ群里留下了这样一段话。
    遗憾的是，几天来他的机器无人问津，哪怕他已经在原价基础上打了七五折。群里有人问他：“你买来有没有接过一些生意做啊？”这名网友慨叹：“要能接到我就靠机器赚奶粉钱了。”不过，相比大部分“群友”，这名网友还是领先一步。尽管在这个QQ群里不乏相关产品开发人员、机械设计师等专业的3D打印技术爱好者，然而大部分人都没有为自己添置一台桌面3D打印设备。他们在观望什么？
    ■ 本报记者 李旭阳



这才是真正“正宗”的三维打印机3D Systems ZPrinter 850

    器官病变了，不用等移植，未来我们可以打印出一个直接换上；飞机机翼坏了，波音也许以后就用3D打印技术（3D printing或者Three Dimensions printing）造机翼了；电脑没有显示器也不用担心，可以等上几小时打印出来一个。这些还不算稀奇，有报道称，美国陆军已在阿富汗部署了移动实验室，配备原型设计和印刷设备，能够利用3D打印技术为士兵现场创建工具和其他设备。觉得房价太贵，还在蜗居吗？美国南加州大学的Behrokh Khoshnevis教授正在考虑利用3D打印技术造个房子出来。美国有个名叫艾玛的2岁小女孩，很不幸地患上了关节弯曲症，通过3D打印技术，医院为其创造了可移动的塑料外骨骼。



没有信息技术（三维建模、打印软件）的支持，三维打印就不可能实现。
    以上这些由3D打印所创造的奇迹，有的正在发生着，有的未来可能就会发生在我们身边。《经济学人》杂志负责创新与科技报道的编辑、《第三次工业革命》系列报道撰稿人Paul Markillie这样形容3D打印的作用：“3D打印机除了具有无人值守的特点之外，还能制作许多对传统工厂来说太复杂而做不了的东西。假以时日，这些神奇的机器将可能在任何地方制造出你想要的任何东西，无论是在自家的车库，还是非洲的某个村子。”
    这些故事和言论令人对3D打印充满着好奇，也充满着期许。这也可以解释，为什么近一年来，3D打印屡屡受到股市投资者的追捧。



桌面3D打印机结构图
    此“3D”非彼“3D”
    说起来，3D打印并不是什么新的技术类别，其归属于快速成型（Rapid prototyping）这个大的技术类别。快速成型技术诞生于上世纪80年代，主要被用来描述可以快速制造物理模型或者使用CAD（computer aided design）数据进行装配的一组技术。常见的快速成型技术包括立体光刻（Stereolithography，SLA）、选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS)、分层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）、熔融挤压堆积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）、实体磨固化（Solid Ground Curing，SGC），以及我们所说的3D打印等20余种。
    从概念上，快速成型为其技术实现提供了一个统一的基本概念，其过程是首先将实际物体的3D数据沿某一坐标轴进行分层处理，也就是将3D物体进行虚拟化的切片，得到无数个二维界面，并由此形成每层截面的二维截面数据，然后再按照上文所述的特定成形方法和技术每次只加工一个截面，这一过程反复进行直到所有的截面加工完毕生成3D实体原型。
    所有的快速成型技术都会遵循这样的基本准则。只不过不同的技术在实现方式上有所不同。在这其中，有利用紫外激光在光敏树脂表面扫描将材料固化的，有将热熔性材料熔化后移动挤压喷丝的，还有像3D打印技术这种利用逐点喷洒粘结剂来粘结粉末材料的，门类众多不一而足。
    形象地说，这就好像是盖房子一样，基本理念是在地面上不断向上垒砌墙壁，最终形成一座建筑物。只不过到底是通过砌砖、水泥浇筑抑或是更加新颖的一体成型，这就要看用户的选择了。
    由此我们可以看出，实际上我们所说的“此3D打印”并不同于技术学科领域的“彼3D打印”。“正宗”的3D打印的工作模式是通过铺粉、印刷、再铺粉、再印刷的过程产生实物的（见图1）。只不过，在人们的理解与沟通中，3D打印无论从叫法还是概念理解上都比较通俗，所以其在某种程度上已经取代了快速成型。当然，这并无伤大雅，毕竟名字只是一个代号而已。在本文中，我们也将错就错，以3D打印这个称呼来覆盖整个快速成型技术集合。
    3D打印贵吗？
    3D打印的名字听起来好理解而且通俗，不过，其也会给很多人带来误解。比如，有人就认为所谓3D打印只是在纸上打出一个凹凸有致的浮雕，也有人认为只是打印出一套3D立体画，还有很多人听到3D打印的名词就会不由自主地想起佳能、爱普生、富士施乐这些传统打印设备供应商来。
    实际上，通过上面的介绍我们已经看出来，3D打印并不是以纸张为基础介质的技术，和那些传统打印设备商也没什么关系。3D打印正在走出一条“自成一统”的新路。
    从用途上来看，3D打印设备主要分为大型商用产品以及桌面家用两类。在这其中，大型商用产品早已经使用多年，相关技术已经成熟，市场竞争相对稳定。而桌面家用类产品在这两年间逐渐开始普及，参与其中的厂商也在不断增加。3D打印之所以能够在近期得以为大众所知，与桌面家用产品的诞生不无关系。
    作为一个新兴市场，桌面家用类3D打印产品得到了很高的关注度。如今，不仅原有生产大型商用产品的厂商开始逐步推出桌面家用产品，同时，一些初创公司和创业团队也在开始利用Reprap等Open design开源项目（对公开共享设计信息的使用，遵守GNU协议）研发桌面家用3D打印设备。国内的铭展科技、闪铸科技等公司都已经在小规模量产3D打印设备。
    桌面家用类3D打印产品的出现，将原本最低也要几万元人民币采购成本的设备价格直接拉入了万元以内。如今，有创业团队甚至推出了350美元（约合2200元人民币）的3D打印机。当然，桌面家用产品在功能和性能上同大型商用产品相比还有一些局限。桌面家用产品主要采用熔融挤压堆积成型技术，一般只能生成单色工程塑料产品。在打印精度上，桌面家用产品也没有大型商用产品高。
    目前，3D打印已经能够应用工程塑料、光敏树脂、尼龙、复合型材料、金属、陶瓷等多种材料完成，而每种材料的成本根据原料材质也有所不同。以最为常见的ABS工程塑料为例，根据成分含量的不同，其每公斤的价格从几十元到数千元不等，价格差距很大。
    3D打印的应用范围主要包括机械制造、工业设计、医疗器械、教育培训、建筑设计以及动漫艺术等领域。除此之外，甚至于在信息技术领域的热门话题“云计算”都同3D打印有着密切联系。
    “北京工业云计算服务平台”是北京市计算中心于2009年开始自主设计搭建的一套服务体系。这一服务体系按照从设计到CAE分析及优化，再到快速成型并制造的过程进行，摒弃了原有工业设计制造领域常见的设计、制造、实验、再设计、再制造、再实验的复杂模式。
    北京市计算中心虚拟现实事业部经理季红认为，3D打印在医学方面和小型工业模具加工方面较传统制造加工工艺的成本和成型效果都有较强优势；特别是在单件、小批量制造中，使用快速成型技术直接进行成型，其成本低、周期短，更能体现出其优势。“一个350mm x 350mm x70mm的光敏树脂模型，从开始打印到结束打印只需要4个小时的时间。”季红介绍说。
    通过实际应用，北京市计算中心一方面充分利用了3D打印的优势，同时也察觉到了一些不足之处。季红认为，目前打印材料成本偏高是制约3D打印发展的最大瓶颈。除此之外，其材料的颜色还比较单一。同时，材料的硬度、脆度等方面还有待改进。
    将中国制造业逼上绝路？
    3D打印机，特别是桌面家用3D打印产品的出现，让很多人突然意识到，未来，我们的制造模式和流程将会由此发生重大的改变。
    美国经济学家Jeremy Rifkin曾在2007年撰文指出，网络技术和可再生能源的融合将导致第三次工业革命（the Third Industrial Revolution）的爆发。如今，包括欧洲议会在内，越来越多的人已经开始认可这一说法。Jeremy认为，3D打印技术的普及是第三次工业革命的重要标志，其意味着一种新的制造方式得以应用。
    英国《经济学人》（The Economist）杂志认为，在以数字化制造及新能源、新材料为主导的第三次工业革命时代，生产力和生产关系又将发生一次重大变革。而3D打印的普及，无疑是这一时代将要来临的一个标志。人力劳动大规模地为机器所代替、制造工厂将向发达国家“回流”都是第三次工业革命将会带来的变化。
    《经济学人》的这一观点，让很多人简单地将3D打印与第三次工业革命画上了等号。如果我们在网络上搜索“3D打印”关键词的话，返回出来的搜索结果中有很大一部分都是在谈论“3D打印颠覆传统制造业”、“3D打印将会取代所有制造业”、“3D打印‘革了制造业的命’”等话题。
    然而，真的是这样吗？Made in China即将成为过去？
    其实也不尽然。3D打印是以快速成型为目标而出现的。一直以来，其在商业上所承担的任务主要是生产模型、模具，以用来降低研发周期和成本。同时，相较传统的手工泥塑、雕刻模型，3D打印又更为快捷方便。然而由于成本的制约，到目前为止，还很少有人利用3D打印来批量生产产品。
    桌面家用类3D打印机的出现在很大程度上降低了打印设备的成本，但是相应的，打印精度和质量又都有所下降。实际上，由于技术限制，桌面家用类3D打印设备生产出来的物品并不具有太高的观赏性和实用型，对于普通人来说这是很难接受的。这也就可以理解，即使3D打印已经受到了很多人的追捧，但是真正购买了桌面家用产品的人却并不多。
    作为国内较早开始投身3D打印领域的厂商，北京太尔时代科技有限公司不仅生产商用3D打印产品，而且近年来也开始推出桌面家用产品。其也是国内为数不多拥有自己技术的厂商。“我们早已经开始在淘宝上售卖3D打印产品。”北京太尔时代科技有限公司培训部经理郭峤表示，“但是目前来看卖的并不多。现在桌面家用类产品还在处于一个市场推广阶段。”
    郭峤认为，从这几年3D打印的发展历史来看，其非但没有太大规模地威胁到中国的制造业，反而提升了自有的设计能力，“在3D打印的帮助下，我们有能力设计出自己的东西，从制造中心向设计中心转型。”
    北京上拓科技有限公司是一家长期投入于3D打印市场的企业，目前其不仅代理了多款国内外厂商的3D打印设备，同时也在推出自有产品。此外，其还经营着一个名为“叁迪网”的3D打印服务网站。上拓科技区域经理周燕对于在线3D打印服务有着很高的期许：“我们从去年开始做市场推广，今年公司内部也对其定下了一定的业务量。”不过，周燕也坦承，3D打印服务要想在国内为大众所接受，还需要一个适应过程。目前，上拓科技80%的业务量还都是来自于企业市场。
    北京工业设计促进中心科普培训部主管王萌萌认为，时至今日，3D打印技术已经创造了新的商业模式，同时缩短了开发周期。不过，3D打印想要真正在大众市场“破茧而出”，还需要解决两个方面的问题：“首先，不具备设计知识的普通人如何方便地去呈现自己想要的内容？其次，在普及过程中如何进行知识产权的保护？”王萌萌同时提到，针对3D打印产品的相关标准目前还没有建立，目前所采取的做法大都是将3D打印向传统工业制造标准上去靠。“标准的问题会随着产业发展而逐步解决。我们目前正在做这样的工作。”王萌萌说。
    中国社科院工经所工业发展研究室副主任李晓华认为，第三次工业革命提出的个性化生产、数字化制造、3D打印等，成本要高于大规模生产的产品。在现在世界经济萧条的背景下，消费者应该会更加愿意追求低成本的产品，因此第三次工业革命对中国工业的负面影响目前来看还很有限，但中长期的影响，不能掉以轻心。
    国务院发展研究中心产业经济研究部部长冯飞在媒体采访中曾表示，第三次工业革命的一个特点，就是就地化生产。这会影响到产业竞争力的核心，所以可能会有一些企业回流到市场范围大、市场需求多层次比较突出的一些地区。不过，与此同时，中国大型的市场规模也在呈现个性化的特点。他认为：“第三次工业革命过程就地化生产的特点，对中国来讲可能反而是一个机遇。”
    “赋予3D打印‘第三次工业革命’等意义，实际上来自欧美国家的推动。金融危机后，欧美国家发展已经停滞，尤其需要制造业回归，这个时候老的生产方式已没有优势可言，随之3D打印技术顺理成章与之结合了起来。”科技部国家制造业资讯化培训中心3D数字化技术认证培训管理办公室主任鲁君直言不讳地表示，“最近这么多3D打印新闻冒出来，这中间很多只是噱头，主要是美国两家从事3D打印的上市公司巨头Stratasys和3D Systems在背后推动。或者只是实验性质，根本没有推向应用。”（更多3D资讯尽在web3D纳金网http://www.narkii.com/）