如果開一個3D打印吐槽大會,，會有這些槽點

3D打印技術是制造界,、學術界乃至整個科技界這幾年的熱點之一,。這讓許多人誤以為3D打印技術是近年興起的技術。實際上在上世紀80年代,，所謂的3D打印技術便已經(jīng)實現(xiàn)了,。這些年，越來越多的人興奮地表示，3D打印將會引領第四次工業(yè)革命,。那么問題來了,，如果30年前這樣的革命沒有到來，我們憑什么還對這種可能性抱有幻想,？要知道,，3D打印的概念和技術幾十年來都沒有飛躍式的提高，其目前的應用大多局限于醫(yī)療輔助和科學研究,，還遠遠談不上真正改變我們的生活,。

如果給3D打印開一個吐槽大會，有這么幾個槽點是肯定無法逃避的,。

一,，速度太慢 - 蘑菇都比你長得快呢
3D打印簡單而言就是增材制造。不論是選擇性激光燒結 (Selective Laser Sintering, SLS) ,、固體光刻 (Stereolithography, SLA),，還是熔融沉積 (Fused Deposition Modelling, FDM)，實際上都是在二維打印的基礎上,，疊層累加而成,，不得不以耗時為代價來滿足基本的制造精度。一個巴掌大小的物件通常需要幾個小時才能打印出來,。因此有人笑稱,，有些蘑菇生長的速度都比3D打印快。這一劣勢使得3D打印技術無法滿足量產(chǎn)需求,，其應用大多局限于科研或者單個昂貴部件的樣品測試,，或是DIY玩具打印的小打小鬧上�,？梢哉f,，3D打印因為其速度劣勢時至今日還沒完全從象牙塔里走出來。

二,，材料種類限制及特性缺陷- 有了金剛鉆，也難攬瓷器活,。
目前市面上的3D打印材料選擇越來越多,，但離完全滿足工業(yè)及消費需求都有著很遠的距離。激光燒結技術的材料選擇局限于各級尼龍,、TPU和聚苯乙烯等少量聚合物,，以及鋼、鈦等合金,。SLA的材料更是局限于光敏樹脂,。FDM則局限于ABS、PLA、Nylon,、PET等熱塑性材料,。其它材料的打印工藝仍舊不夠成熟。

顯然,，這些材料目前難以委以重任,，目前大多作為輔助手段。比如,，3D打印如果用于汽車制造,，會大大縮短測試時間、降低成本,，然而從力學角度而言,，3D打印的制造特性決定了其受力部分的強度和剛度是達不到要求的。而就外形而言,，不管如何設定打印精度,，入門級3D打印成品的打印層始終會降低最終的視覺效果，進而大大影響用戶體驗,。如果把FDM的噴頭看作是金剛鉆的話,，那么這樣的金剛鉆還暫時攬不了瓷器活。

Light Cocoon 3D打印概念車– 暫時只能存在概念中的眾多產(chǎn)品之一

三,，造價昂貴 - 不如買房,。
一臺工業(yè)級的SLS、SLM或SLA 3D打印機通常在百萬人民幣以上,，最貴的可以達到上千萬人民幣,，而且在可預見的未來，這一級別的打印機普遍大幅降價的可能性不高,。而隨著主要3D打印技術的專利過期,，許多入門級別的3D打印機的造價直線下跌。目前最普及的入門3D打印機主要為FDM及SLA打印機,，最便宜的XYZprinting da Vinci Jr只需要200美元就能抱回家,。然而這些桌面級3D打印機的功用實在有限。首先,，打印容積很小,，小到打印一個小凳子小椅子通常是奢望。其次,，速度很慢,，不再贅言。再有就是打印質量較差,，通常需要大量的后處理,�,？傊�，好用的不便��,，便宜的不好用,。

浩如星海的入門級3D打印機選擇 (productchart.com)

四，產(chǎn)品鏈上下游聯(lián)系低效 - 拿不出STL文件,，要你何用,？
技術上講，離開了STL文件（一種計算機輔助設計（CAD）的通用格式）,，3D打印機基本就是無用的,。而創(chuàng)造STL模型有兩種方式，一是用CAD軟件建模,，二是用掃描儀,，包括入門級的便攜式掃描儀器和高規(guī)格的醫(yī)用掃描儀器，如CT和MRI,。這兩種方式都具有較高的門檻,，除非使用者本身具有專業(yè)背景，否則需要尋找第三方服務,。而這樣的門檻幾乎把普通科技愛好者的體驗空間壓縮殆盡,。

從市場的角度講，3D打印服務提供方需要思考用戶端在產(chǎn)品鏈的位置,。比如,，有的3D打印服務網(wǎng)站提供一些免費的模型供下載。問題是,，這些模型顯然不是獨特的,，為什么還要下載下來再上傳供3D打印呢？直接購買現(xiàn)成的不好嗎,。這樣的服務顯然只是披了層3D打印的外衣,，卻只是讓3D打印代替了傳統(tǒng)的制造方式，而沒有改進產(chǎn)品概念,。換句話說,，如果認同3D打印技術在大眾消費市場的主要賣點或優(yōu)勢是其滿足私人定制的能力，那么這一服務目的本身就與高效量產(chǎn)制造的傳統(tǒng)思維背道而馳,。如何高效,、便攜地形成用戶接觸是3D打印相關從業(yè)者需要思考的問題。

3D打印從業(yè)人員一直在改善這四大缺陷,。這里重點回顧一下這幾年3D打印提速的創(chuàng)新。3D打印的蝸速一直是制約其大規(guī)模制造的最大瓶頸,，直到一家來自硅谷的叫Carbon 3D的初創(chuàng)公司在2015年發(fā)明了名為連續(xù)液體界面制造 (Continuous Liquid Interface Production, CLIP)的新型快速3D打印技術,。平地起驚雷,，3D打印也許從此從火車隆隆進入了音速時代。

革命性的CLIP工藝登上了Science的封面

不管是何種3D打印方式,，都受制于累層不連續(xù)性,，幾厘米大小的物件通常耗時幾個小時。而CLIP技術基于立體光刻技術(SLA),，利用氧氣對光固化作用的抑制,，達成光敏樹脂的連續(xù)、快速成型,。它比傳統(tǒng)的技術快了25到100倍,。

CLIP原理

CLIP打印機的底部是一層由可熔性聚四氟乙烯Teflon AF 2400構成的透氧透光窗口，而充滿氧氣的樹脂溶液是無法進行光固化反應的,，這一區(qū)域便形成了“死水區(qū)”(Dead Zone),。通過調節(jié)氧氣含量、光強等變量,，死水區(qū)的厚度（大約幾十微米）得以調控,。死水區(qū)之上就是可打印區(qū)，投影的光源基于CAD模型的分層形狀把紫外光打在打印平面上,，使得該層的樹脂溶液固化,。制造平臺按照一定的速度上移，帶動已經(jīng)被固化的樹脂繼續(xù)“拉起”即時被打印的部分,。

基于CLIP的Carbon 3D打印機

整個技術的核心與關鍵,，也是CLIP與傳統(tǒng)SLA技術的最大區(qū)別，就是創(chuàng)生了由透氧造成的死水區(qū),。傳統(tǒng)的SLA工藝如下圖所示,，依靠光源以點為單位逐次固化打印平臺與樹脂液池底部之間的液態(tài)光敏樹脂，然后被固化的樹脂會被平臺拉起形成分離,，以防止固液混合體附著在底部,。在這一過程中液態(tài)樹脂回流，平臺重新浸入溶液中,，重新開始下一層的固化,，如此往復。這個過程是間斷不連續(xù)的,，每一層的成型都伴隨著分離,、回流。而CLIP技術是接近連續(xù)不間斷的,，其打印速度的制約因素變成了固化速度和液體黏度,。

傳統(tǒng)SLA與CLIP的對比(Tumbleston et al., 2015, Science)

2017年三月，Carbon 3D發(fā)布了第二代CLIP 3D打印機,，進一步提升了打印空間,。值得注意的是,，Carbon采用的是類似“訂閱”的購買方式。一年的機器使用費用是5萬美元,，而安裝費和培訓費為1.5萬美元/年,。這一價格雖然比傳統(tǒng)3D打印巨頭的產(chǎn)品低了一些，但依舊比SLA入門價格高了不少,。

另外,，其所用耗材和其它SLA 3D打印機一樣也是自制的樹脂液，每升造價高達124 - 474美元,。如果像Carbon 3D所營銷的口號那樣,，“停止試樣，開始量產(chǎn) (Stop prototyping. Start producing)”,，那么如此量產(chǎn)的毛利率很可能會很低,。目前Carbon 3D已經(jīng)鋪開與各個領域的合作，比如與阿迪達斯合作開發(fā)3D打印鞋,。雖然據(jù)筆者了解,，在這個案例中3D打印仍然只是起到產(chǎn)品制造終端的替代，尚未整合私人定制的功用,，但這也許將會是3D打印真正進入消費品市場,，乃至部分替代傳統(tǒng)制作的里程碑。

Carbon 3D與adidas聯(lián)合開發(fā)的Futurecraft 4D

截至目前,，另有兩家初創(chuàng)公司聲稱它們的技術能夠媲美甚至超過CLIP,。去年，來自溫哥華的初創(chuàng)公司NewPro3D推出了智能液態(tài)界面技術 (Intelligent Liquid Interface, ILI),，其原理類似CLIP技術,。NewPro3D用一種可吸附薄膜來起到CLIP中透氧層的作用，抑制了光固化作用并且同樣略過了傳統(tǒng)SLA技術的分離步驟,。NewPro3D聲稱,，Carbon的CLIP在光源邊緣的固化效率不夠，ILI有效地解決了這一問題,，因此速度甚至更快,。另外，專業(yè)人士指出,， CLIP仍未解決液體回流等待時間的問題,。因此，這一新技術對于纖細或者鏤空的打印目標效果卓越,，而實心的寬厚的打印物件效果要差一些,。ILI通過設定非勻速打印速度來改善這一問題，簡單而言,，其打印速度取決于目標的分層寬度,。

NewPro3D的ILI技術

ILI聲稱的巨大速度優(yōu)勢

無獨有偶,，意大利的初創(chuàng)Nexa3D幾乎在同一時間開啟了自潤子層光固化 (Self-Lubricant Sublayer Photocuring, LSPc) 3D打印機的眾籌。LSPc的核心專利技術在于其逐層釋放特質油層而產(chǎn)生自潤薄膜的能力,。這一自潤層的作用類似CLIP的透氧層和ILI的可吸附薄膜，其目的都在于略過固化樹脂與平臺分離過程這一步驟,，從而使打印過程能盡可能地接近連續(xù)作業(yè),。

Nexa3D的LSPc3D打印機效果圖

截止目前，NewPro3D和Nexa3D都未正式發(fā)布其產(chǎn)品,，相信還有一些技術細節(jié)有待完善,。可以預見的是,，基于固體光刻技術的3D打印工藝已經(jīng)開始全面提速,，3D打印量產(chǎn)的曙光初現(xiàn)。這些自帶黑科技的初創(chuàng)公司必然會刺激像Stratasys,、EOS這樣的3D打印工業(yè)巨頭重新審視3D打印產(chǎn)業(yè)市場,，把部分的注意力從從事生物醫(yī)學、航空航天,、機械制造的科研機構和大型制造企業(yè)身上再度轉向大眾消費者市場,。當3D打印的這些槽點都成了歷史的時候，也許第四次工業(yè)革命,，至少是制造業(yè)的革命,，才有可能到來。

作者/ 廖志鵬Floyd：澳大利亞悉尼大學計算機生物力學博士,，目前正在從事基于3D打印與工程優(yōu)化技術的私人定制可穿戴項目,，研究領域包括生物力學分析，骨重建算法開發(fā),，置換植入體優(yōu)化等,。