未來(lái)趨勢(shì)：色彩技術(shù)突破引爆2018彩色3D打印元年

作者：李剛

3D打印技術(shù)發(fā)展到今天，F(xiàn)DM,、SLS,、3DP、SLM,、SLA等各種不同的技術(shù)仍然在快速革新,，然而全彩色3D打印將成為增材制造領(lǐng)域一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。Stratasys聯(lián)合震旦近期發(fā)布的Polyjet全彩3D打印解決方案,，在色域覆蓋上,，已經(jīng)從36色提高到50萬(wàn)色，色域空間已經(jīng)達(dá)到美國(guó)印刷標(biāo)準(zhǔn)色域（SWOP）的120%,，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)屏幕上的顏色到最終打印出模型上顏色的一致性,，對(duì)于彩色3D打印而言，這是一次技術(shù)上的里程碑式的升級(jí),，也代表著彩色3D打印元年的開啟,。

Stratasys Polyjet J750體素級(jí)3D打印展示

據(jù)了解，在二維平面進(jìn)行色彩管理是基于白色紙張作為底色進(jìn)行的多色墨滴或彩色墨粉而進(jìn)行的,，在三維空間進(jìn)行色彩管理,，還需要結(jié)合材料的折射、反射,、透光等因素,，以及透明材料和非透明材料的組合，是一個(gè)極為復(fù)雜的三維色彩管理模型,，還需要考慮到材料的特性,，在三維空間對(duì)色彩的管理的難度非常大，這也是為何我們?cè)谶^去很難得到色彩還原很好的全彩模型的原因,。

隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,，彩色3D打印技術(shù)作為增材制造的一個(gè)細(xì)分市場(chǎng)，將是未來(lái)的重要趨勢(shì)之一,，目前行業(yè)中相對(duì)成熟的技術(shù)方案有如下幾類：

LOM技術(shù)的代表機(jī)型：McorArke,，零售價(jià)超過30萬(wàn)

LOM技術(shù)實(shí)現(xiàn)彩色3D打印效果

1、LOM技術(shù)+彩色噴墨,，所用的材料是紙張，切割逐層薄片疊加,，最終成型相應(yīng)的模型,，特點(diǎn)是成本低，效率高,，缺點(diǎn)是模型不具備功能材料特性,，適合做教學(xué)模型和純外觀模型；

FDM技術(shù)+噴墨的彩色3D打印方案，硬件零售價(jià)5萬(wàn)左右

FDM技術(shù)+噴墨的彩色3D打印樣品展示

2,、FDM技術(shù)+彩色噴墨,，利用FDM技術(shù)打印模型，每一層打印完,，在材料表面噴射彩色墨水,，特點(diǎn)是模型表面顏色鮮艷，缺點(diǎn)是打印速度慢,，模型表面有層紋效果,；

惠普J(rèn)et Fusion 580 Color 3D Printer彩色3D打印機(jī)，設(shè)備零售價(jià)在130萬(wàn)左右

惠普J(rèn)et Fusion 580 Color 3D Printer彩色3D打印機(jī)打印樣品

3,、Jet Fusion技術(shù),，這是惠普剛剛在國(guó)內(nèi)發(fā)布的全彩3D打印解決方案，彩色墨滴噴射分辨率能達(dá)到1200dpi點(diǎn)陣,，實(shí)現(xiàn)1600萬(wàn)種sRGB色彩,，結(jié)合半色調(diào)技術(shù)和尼龍粉末逐層固化，然后配合四色墨水噴射方案,，從而實(shí)現(xiàn)全彩3D打印的效果,，優(yōu)點(diǎn)是尼龍材料100%利用，尼龍材料具有結(jié)構(gòu)測(cè)試和功能驗(yàn)證特性,，整體方案具有一定的性價(jià)比,，缺點(diǎn)是暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)透明效果和多材料混合效果打印,；

Stratasys Polyjet技術(shù)實(shí)現(xiàn)體素級(jí)3D打印

4,、Polyjet技術(shù)，與FDM技術(shù)組成了Stratasys的兩大看家技術(shù),，目前最新的全彩多材料3D打印機(jī)J750升級(jí)后和J735（尺寸比J750小,，價(jià)格低14%，其它配置與J750完全相同）能夠同時(shí)支持6種材料,，采用噴射+光固化方案,，從而實(shí)現(xiàn)模型顏色的控制、軟硬度,、透明度,、紋理等其它3D打印技術(shù)所不具備的表現(xiàn)力，尤其是這次發(fā)布的新內(nèi)容包括新增的鮮明色彩的材料（實(shí)現(xiàn)真實(shí)的紅色,、黃色,、橙色）、GrabCAD Print擴(kuò)展的顏色配置文件（屏幕顏色和最終打印出的顏色能夠?qū)崿F(xiàn)一致性）,、GrabCAD Print切片功能（在同一個(gè)打印文件中打印具有全彩色VRML紋理的透明度）,。

Stratasys Polyjet全彩3D打印樣品

Stratasys Polyjet全彩3D打印樣品

Stratasys Polyjet全彩3D打印樣品

5,、WJP技術(shù)，這是國(guó)內(nèi)企業(yè)賽納的主打3D打印技術(shù)方案,，技術(shù)原理與Polyjet類似,，然而樹脂材料、色彩管理與Stratasys完全不同,，也能夠?qū)崿F(xiàn)全彩色多材料的控制,，目前主要應(yīng)用醫(yī)療和教育行業(yè)。據(jù)了解,，隨著應(yīng)用的深入,，越來(lái)越多的功能性樹脂材料將被引入。

珠海賽納WJP彩色3D打印技術(shù)方案,，硬件售價(jià)超過200萬(wàn)

珠海賽納WJP彩色3D打印技術(shù)樣品展示

6,、3DP技術(shù)，以3D System的Projet 660為例,，采用石膏粉末+噴射方案,，過去在全彩人像打印服務(wù)中比較常見，特點(diǎn)是一種相對(duì)低成本的彩色打印方案,，缺點(diǎn)是模型表面精細(xì)度和色彩表現(xiàn)一般,。

3D System Projet 660全彩3D打印人像解決方案，材料為石膏粉末

3D System Projet 660全彩3D打印解決方案

3D System Projet 660全彩3D打印人像解決方案

Mimaki 日本UV印刷3D打印彩色解決方案展示,，能實(shí)現(xiàn)1000萬(wàn)色

（圖源來(lái)自Mimaki官網(wǎng)）

佳能極致創(chuàng)意打印具有立體效果的照片

佳能極致創(chuàng)意打印具有立體效果的裝飾圖

可能這里有朋友會(huì)提到日本Mimaki的UV噴墨技術(shù),，這是在傳統(tǒng)UV平板印刷的基礎(chǔ)上衍生而來(lái)的3D打印技術(shù)，原理上和Polyjet,、WJP類似,，但是采用這種方案的企業(yè)大多來(lái)自傳統(tǒng)二維印刷設(shè)備供應(yīng)商，佳能的UV平板印刷機(jī)很早就能實(shí)現(xiàn)5CM高的全彩打印效果,，理論上也屬于彩色3D打印的范疇,。對(duì)于傳統(tǒng)的具有UV平板印刷設(shè)備的品牌，進(jìn)入彩色3D打印的門檻相對(duì)較低,。

截止到今天,，拋出硬件成本和耗材成本的因素，單純輸出結(jié)果最高來(lái)判斷,，Polyjet技術(shù)是目前世界上最好的全彩色3D打印方案,，能夠?qū)崿F(xiàn)體素級(jí)3D打印結(jié)果，全彩色+多材料為創(chuàng)意和客戶需求提供了各種可能性,。

Polyjet技術(shù)實(shí)現(xiàn)色彩從35萬(wàn)色到50萬(wàn)色的提升,，色域空間覆蓋增大，顏色還原更逼真

這次Stratasys針對(duì)Polyjet解決方案的升級(jí)是全方位的,，硬件層面增加了一個(gè)低階型號(hào)J735，色彩管理配置文件讓色彩從35萬(wàn)色提升到50萬(wàn)色，GrabCAD Print切片功能實(shí)現(xiàn)更多模型顏色控制的方式,，包括模型表面紋理的實(shí)現(xiàn),，這些在過去而言，3D打印實(shí)現(xiàn)起來(lái)是比較困難的,。

Stratasys J750彩色3D打印機(jī)（左一）

那么全彩3D打印在應(yīng)用層面落地的方向有哪些呢,？

一、汽車內(nèi)外飾和車燈原型制作,，直接打印汽車的彩色或半透明原型,，相比傳統(tǒng)工藝制作成本減少90%，制作周期從幾周幾個(gè)月縮短至幾小時(shí),、幾天,。

Polyjet技術(shù)：3D打印汽車內(nèi)飾模型表面的紋理

Polyjet技術(shù)：3D打印汽車大燈樣件

Polyjet技術(shù)：3D打印汽車檔把樣件

Polyjet技術(shù)：3D打印汽車尾燈樣件，紅色,、黃色,、橙色得到真實(shí)還原

二、快消行業(yè)產(chǎn)品外包裝打樣,，彩色打印能夠?qū)︻伾�和材料進(jìn)行更真實(shí)的控制,，升級(jí)后的色彩管理能夠達(dá)到快消行業(yè)對(duì)艷麗色彩的要求。

Polyjet技術(shù)：化妝品包裝

Polyjet技術(shù)：化妝品模型

三,、醫(yī)療行業(yè)的術(shù)前模型和教學(xué)模型,，樹脂材料打印醫(yī)學(xué)模型早有先例，然而彩色的好處是可以區(qū)分組織,、病患,、血管、神經(jīng)等細(xì)節(jié),，看起來(lái)更加直觀和真實(shí),，這是單色模型所不具備的優(yōu)勢(shì)。

Polyjet技術(shù)：醫(yī)療模型

Polyjet技術(shù)：人體內(nèi)臟模型

Polyjet技術(shù)：人手的血管,、骨骼模型

四,、原型設(shè)計(jì)，過去做原型設(shè)計(jì),，主要用來(lái)做外觀驗(yàn)證和結(jié)構(gòu)驗(yàn)證,，當(dāng)加入色彩之后，表面紋理或顏色能夠讓原型設(shè)計(jì)的完成度更高,，無(wú)需后期上色,，原型設(shè)計(jì)的效率進(jìn)一步提高，在原型設(shè)計(jì)方面,，屬于一步到位的方案,。

Polyjet技術(shù)：3D打印耳機(jī)樣件

Polyjet技術(shù)：運(yùn)動(dòng)鞋模型

Polyjet技術(shù)：3D打印自行車頭盔

Polyjet技術(shù)：食品模型

3DP技術(shù)：文物復(fù)制模型

除了以上四大應(yīng)用之外,，彩色3D打印的應(yīng)用拓展才剛剛開始，比如教育行業(yè)如何利用全彩3D打印技術(shù)提升教學(xué)質(zhì)量和助推科研,，文創(chuàng)行業(yè)對(duì)全彩3D打印同樣應(yīng)該有更多的需求,。然而，目前全彩3D打印還有一定的門檻,。

全彩3D打印的效果確實(shí)好,，但是目前對(duì)于各行各業(yè)的用戶而言，要進(jìn)入普及階段仍然有較高的門檻,，我們拿普通文檔打印機(jī)來(lái)對(duì)比,，彩色辦公彩色文印的趨勢(shì)近10年，歐美日本等發(fā)達(dá)國(guó)家彩色打印機(jī)的市場(chǎng)比例接近50%,，然而中國(guó)的彩色打印機(jī)的市場(chǎng)份額只有百分之十幾,，彩色3D打印的趨勢(shì)才剛剛開始，未來(lái)仍面臨較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)落地,。

彩色3D打印在應(yīng)用落地過程中面臨以下門檻：

優(yōu)秀的三維設(shè)計(jì)是推動(dòng)彩色3D打印的根本力量

一,、針對(duì)彩色3D打印優(yōu)化的設(shè)計(jì)，目前具備優(yōu)秀的彩色三維數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)能力的機(jī)構(gòu)和個(gè)人仍然比較少,，所以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),，設(shè)計(jì)能力的提升和針對(duì)全彩3D打印去做創(chuàng)新優(yōu)化的設(shè)計(jì)是助推全彩3D打印普及的根本力量。

高昂的硬件設(shè)備采購(gòu)成本

二,、高昂的硬件成本,，由于用戶基數(shù)少，使用頻率低,，硬件設(shè)備銷售暫時(shí)無(wú)法收回前期研發(fā)投入和企業(yè)的利潤(rùn)訴求,，所以在一段時(shí)間內(nèi),，全彩3D打印與金屬3D打印一樣,，仍然會(huì)是增材制造行業(yè)的高階應(yīng)用,，樹脂材料噴射技術(shù)的硬件設(shè)備目前在100萬(wàn)-400萬(wàn)不等，即便是3DP技術(shù)的硬件也在50萬(wàn)以上,，LOM技術(shù)的設(shè)備在30萬(wàn)以上,。

功能性樹脂材料

功能性樹脂材料使用成本較高，對(duì)應(yīng)高階應(yīng)用

三,、較高的后期使用成本,，全彩3D打印由于技術(shù)的不同，耗材方案也有所區(qū)別,，比如單色的基材（紙張,、尼龍粉末、石膏粉末,、單色樹脂）材料的成本會(huì)不斷降低,，但是輔助材料是供應(yīng)商的利潤(rùn)來(lái)源,，比如彩色的墨水、彩色的樹脂,、精細(xì)劑,、增亮劑等，材料整體的成本仍然比較高,。目前以打印服務(wù)的收費(fèi)來(lái)看，全彩3D打印的報(bào)價(jià)在6-10元/克左右,，根據(jù)不同的技術(shù)方案有所差異,，我們知道單色SLA技術(shù)打印樹脂的打印服務(wù)報(bào)價(jià)已經(jīng)到1元/克甚至更低。而當(dāng)使用率上升之后,，噴射技術(shù)方案的打印頭也將會(huì)增加后期維護(hù)的成本,。為此，Stratasys針對(duì)J750免費(fèi)更新的高級(jí)性能包括4個(gè)打印頭（E6）,，全新的支撐材料（SUP706B）,，后期維護(hù)降低35%。

四,、應(yīng)用的價(jià)值傳遞困難,，這一點(diǎn)其實(shí)并不針對(duì)全彩3D打印，對(duì)所有新技術(shù)都通用,，也就是說利用全彩3D打印的解決方案能幫助客戶產(chǎn)生多大的效能,，成本降低多少，效率提高多少,，時(shí)間縮短多少,，或者能夠傳遞給客戶的價(jià)值到底是什么？這是讓客戶接受全彩3D打印方案非常非常重要的點(diǎn),，目前仍然需要時(shí)間和溝通緩慢引導(dǎo)客戶進(jìn)行測(cè)試和體驗(yàn),，從而推進(jìn)應(yīng)用價(jià)值的傳遞。我們看到國(guó)外的用戶使用全彩3D打印機(jī)在應(yīng)用價(jià)值方面取得了不錯(cuò)的改善,，比如顯著縮短生產(chǎn)時(shí)間,，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)迭代效率，減少打印環(huán)節(jié)和步驟,，減少打樣成本等等,，但在國(guó)內(nèi)，我們目前看到的全彩3D打印解決方案的實(shí)際應(yīng)用案例還比較少,。

總結(jié)： J750和J735的polyjet技術(shù)結(jié)合新的材料方案已經(jīng)在還原色彩方面取得了巨大進(jìn)步,，汽車尾燈的紅色和黃色已經(jīng)還原的非常逼真，有點(diǎn)像10年前專業(yè)大幅面打印機(jī)為了還原百事藍(lán)和芭比粉開發(fā)新的專業(yè)打印機(jī)和墨水方案,，不斷在增加二維打印的色域空間,，目前頂級(jí)的二維色彩墨水方案是12色,，今天3D打印在色彩表現(xiàn)上的成就是已經(jīng)可以還原顯示器上的顏色，下一個(gè)進(jìn)階就是更大的色域空間,、更多專色表現(xiàn),、更細(xì)膩的色彩過渡，走二維打印在色彩還原上走過的路,，當(dāng)然難度要加一個(gè)維度,，結(jié)合材料技術(shù)和色彩管理！

我們認(rèn)為全彩3D打印如同彩色文印一樣,，會(huì)在很長(zhǎng)很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)成為未來(lái)趨勢(shì),，從技術(shù)創(chuàng)新到成熟穩(wěn)定的商業(yè)化應(yīng)用，再后終極應(yīng)用的爆發(fā),，中間過程會(huì)非常漫長(zhǎng),，需要包括技術(shù)供應(yīng)商、材料供應(yīng)商,、科研機(jī)構(gòu),、設(shè)計(jì)人員以及終端用戶的共同努力和開拓，為明天做好準(zhǔn)備是我們當(dāng)下唯一能做的事情,。

來(lái)源：中關(guān)村在線