陳根：幾經(jīng)熱炒幾經(jīng)冷場(chǎng),，3D打印出圈之路

來(lái)源：藍(lán)鯨財(cái)經(jīng)
作者：陳根

很難想像,，作為近些年才被廣泛認(rèn)識(shí)的3D打印,，早在1983年就已經(jīng)誕生,。

2012年,，英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志刊文，將3D打印技術(shù)視為“第三次工業(yè)革命”的重大標(biāo)志之一,，這引起了全球的廣泛關(guān)注,。然而，眼看著就可以造天造地,、顛覆產(chǎn)業(yè)無(wú)所不能的3D打印在風(fēng)靡一時(shí)之后,，再一次遵循了令人無(wú)可奈何的技術(shù)成熟度曲線。近年來(lái),，3D打印一次次被熱炒,，也一次次考驗(yàn)著人們的耐心。

事實(shí)上,，世界上到處都是前途無(wú)量,、卻從未真正推廣的技術(shù)。那些成功普及的技術(shù),，往往得益于外部事件,。無(wú)疑，對(duì)于3D打印來(lái)說(shuō),，新冠疫情正是那個(gè)外部事件,。

事實(shí)也確實(shí)如此，根據(jù)國(guó)內(nèi)B2C跨境電商平臺(tái)全球速賣通的數(shù)據(jù)顯示,，疫情以來(lái)該平臺(tái)上3D打印機(jī)的銷售額和去年相比已經(jīng)翻了一番,，盡管今年3D打印機(jī)的海外倉(cāng)備貨大幅增加，但疫情之下這些備貨已被搶空,。其中,，4月份中國(guó)3D打印設(shè)備產(chǎn)量同比大幅增長(zhǎng)344.7%。

3D打印何以如此,？隨著技術(shù)的逐步成熟,，3D打印又是否春天將至？從小眾走向大眾,，3D打印還有什么未經(jīng)之路,？

3D打印有所為

3D打印，顧名思義,，三維打印,。相較于常見(jiàn)的二維平面打印，3D打印有所同,，也有所不同,。

不論是二維平面打印還是三維立體打印，本質(zhì)上都是一種打印技術(shù),。不同的是,，平面打印最后以平面形狀的方式將文件內(nèi)容打印出來(lái),。除了傳遞信息，平面打印并不具備實(shí)際的功能,。相比于平面打印的文件,，3D打印卻可以直接實(shí)現(xiàn)功能。

3D打印需將想要打印的物品的三維形狀信息寫入到3D打印機(jī)可以解讀的文件,，再等3D打印機(jī)解讀文件后,，以材料逐層堆積的方式打印出立體形狀�,？梢哉f(shuō),，三維的形狀就是功能的基礎(chǔ)，打印出了形狀,，也就打印出了功能,。

此外，與“減材制造”相對(duì),，3D打印又稱為“增材制造”,。對(duì)于現(xiàn)階段的制造業(yè)來(lái)說(shuō)，目前通常所使用的材料加工技術(shù)多為“減材制造”技術(shù),，即對(duì)原材料進(jìn)行去除,、切削、組裝等加工,，使原材料具備特定的形狀并可執(zhí)行特定的功能,。而“增材制造”則直接將原材料逐層堆積成特定的形狀，以實(shí)現(xiàn)特定的功能,。

增材制造工作過(guò)程主要包括三維設(shè)計(jì)和逐層打印兩個(gè)過(guò)程：先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型分區(qū)成為逐層的截面,，指導(dǎo)打印機(jī)逐層進(jìn)行打印,。相比于傳統(tǒng)的減材制造方式，增材制造無(wú)疑具備很多優(yōu)勢(shì),。

一是縮短生產(chǎn)制造的時(shí)間,，提高效率。用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)天,，這根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定,，而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)小時(shí)。因此,，相比減材制造而言,，增材制造尤其適合制造形狀復(fù)雜的零部件。當(dāng)然,，這也受其打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度的影響,。

二是提高原材料的利用效率,。與傳統(tǒng)的金屬制造技術(shù)相比，增材制造機(jī)制造金屬時(shí)只產(chǎn)生較少的副產(chǎn)品,。隨著打印材料的進(jìn)步,，“凈成形”制造可能成為更環(huán)保的加工方式。

三是完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)以提升產(chǎn)品性能,。傳統(tǒng)減材制造方式在復(fù)雜外形和內(nèi)部腹腔結(jié)構(gòu)的加工上具有局限性,，而增材制造可以通過(guò)進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造來(lái)提升產(chǎn)品性能，在航空航天,、模具加工等領(lǐng)域具備減材制造方式無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),。

比如，一臺(tái)3D打印機(jī)可以打印出許多形狀,，它可以像工匠一樣每次都做出不同的零件,。對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)床生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，要加工不同形狀的零件,，需要對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整,。因此，增材制造尤其適合定制化的,、非批量生產(chǎn)的物品,。

事實(shí)上，一開(kāi)始,，3D打印主要是在模具制造,、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于某些產(chǎn)品或零部件的直接生產(chǎn)制造,，包括在航空航天,、工程施工、醫(yī)療,、教育,、地理信息系統(tǒng)、汽車等垂直領(lǐng)域都有所應(yīng)用,。

2015年,，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）基于3D打印技術(shù)，打印出航空火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的頭部,。這使得零件大量減少,，焊縫也隨之減少，降低了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障概率的同時(shí),，使得迭代周期縮短,、成本降低。

在迪拜,，政府選擇用3D打印來(lái)建造政府大樓,。3D打印建筑主要作業(yè)由機(jī)器完成,，一體成型，建筑速度快,，工人的作用多為操作和檢驗(yàn)3D打印機(jī)的工作情況,，因此對(duì)人力的需求比傳統(tǒng)建筑行業(yè)少。

2019年,，以色列特拉維夫大學(xué)宣布該學(xué)校實(shí)驗(yàn)室3D打印出了一顆“心臟”,，這不僅是一個(gè)外觀打印的心臟，這是世界上第一個(gè)利用患者自己的細(xì)胞和生物材料3D打印出的三維血管化的工程心臟,，也就是具有血管組織的三維人造心臟,。

而今年5月我國(guó)首飛成功的長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭上，搭載著我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船,，船上還搭載了一臺(tái)“3D打印機(jī)”,。這是我國(guó)首次太空3D打印實(shí)驗(yàn)，也是國(guó)際上第一次在太空中開(kāi)展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印實(shí)驗(yàn),。

顯然,，隨著技術(shù)的逐步成熟，3D打印也不斷展現(xiàn)著其商業(yè)價(jià)值,，但在從小眾走向大眾前,，3D打印仍然面對(duì)一些懸而未決的困境。

3D打印的未經(jīng)之路

當(dāng)3D打印逐漸地走進(jìn)人們的生產(chǎn)生活中時(shí),，人們也在一步步在把萬(wàn)物皆可打印推向現(xiàn)實(shí),，巨大發(fā)展前景和廣闊應(yīng)用空間令行業(yè)期待。但是同時(shí),，作為一項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù),，要想發(fā)揮3D打印的積極影響，仍有很長(zhǎng)的路要走,。

一方面,，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的加工，3D打印的規(guī)模效益不如傳統(tǒng)的加工方式,。相比傳統(tǒng)的加工方式來(lái)說(shuō)，3D打印制造過(guò)程中的固定成本更少,，這導(dǎo)致在規(guī)�,；�生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品時(shí)，3D打印制造的邊際成本下降不如傳統(tǒng)的加工方式,。

比如,，使用傳統(tǒng)的注塑方式加工一個(gè)橡膠零部件，所使用的模具屬于固定成本,。由于產(chǎn)品是標(biāo)準(zhǔn)化的,，批量加工該零部件時(shí),，就使得每個(gè)零部件分?jǐn)偟脑擁?xiàng)固定成本變小。因此,，利用該模具加工的零件趨向于無(wú)限多,，則每個(gè)零部件均攤的成本趨近于0；而如果利用3D打印加工該零部件,，不需要用到任何模具,，因此即使用該技術(shù)批量加工完全相同的零部件，也不存在均攤的固定成本降低的情況,。

另一方面,，對(duì)于3D打印來(lái)說(shuō)，當(dāng)前可用的原材料種類仍然有限,。從當(dāng)前的情況來(lái)看,，3D打印技術(shù)能加工的材料種類不如傳統(tǒng)加工方式多，主要有兩個(gè)原因：一是由于對(duì)于性質(zhì)不同的原材料,，往往使用的設(shè)備原理有所不同,，因此可以使用的原材料種類的開(kāi)發(fā)，受限于對(duì)應(yīng)的設(shè)備研發(fā)進(jìn)展,。

二是由于3D打印的原材料往往需要特定的形態(tài),，例如金屬3D打印常使用金屬粉末作為原材料，且對(duì)金屬粉末的均勻度,、含氧量,、顆粒大小等都有所要求。相對(duì)于型材來(lái)說(shuō),，粉末的加工難度更高,，且相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈尚不如傳統(tǒng)材料那樣廣泛而龐大。

而對(duì)于利用ABS塑料,、光敏樹(shù)脂等非金屬進(jìn)行的打印來(lái)說(shuō),，目前市場(chǎng)上已經(jīng)有比較多的原材料供應(yīng)商，原材料的成本已經(jīng)不是制約該技術(shù)發(fā)展的瓶頸,。但對(duì)于金屬,、高端聚合物材料來(lái)說(shuō)，由于供應(yīng)產(chǎn)能的限制,，價(jià)格仍然比較昂貴,。

此外，3D打印的零部件力學(xué)性能以及金屬3D打印在加工精度,、表面粗糙度,、加工效率等方面仍有空間精進(jìn)。同時(shí),，成品是否堅(jiān)固耐用,，用戶認(rèn)知度是否提升,，知識(shí)產(chǎn)權(quán)是否面臨更多的侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)都是3D打印在發(fā)展過(guò)程中必經(jīng)卻未經(jīng)之路。

3D打印承載未來(lái)制造想像

從3D打印的商業(yè)應(yīng)用和市場(chǎng)化來(lái)看,，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展,，3D打印行業(yè)已經(jīng)形成一條比較完成的產(chǎn)業(yè)鏈。包括上游的制造3D打印設(shè)備所需的零部件,、打印過(guò)程中所使用的各類原材料,、設(shè)計(jì)和逆向工程所需要的軟硬件；中游的3D打印設(shè)備及服務(wù),，下游的航空航天,、汽車、醫(yī)療,、教育等下游應(yīng)用領(lǐng)域,。

事實(shí)上，無(wú)論在全球范圍內(nèi)還是我國(guó)市場(chǎng)內(nèi),，3D打印的行業(yè)規(guī)模都呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì),。據(jù)咨詢機(jī)構(gòu)Wohlers Associates統(tǒng)計(jì)，2013年全球3D打印行業(yè)總產(chǎn)值為30.3億美元,，2018年達(dá)到了96.8億美元,，5年間的復(fù)合增速達(dá)26.1%。該機(jī)構(gòu)同時(shí)預(yù)測(cè),，從2019年-2024年間,，全球3D打印行業(yè)仍將保持著年均24%左右的復(fù)合增速。

相比全球平均水平,，我國(guó)3D行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模增速更高,，2013年國(guó)內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模僅3.2億美元，2018年規(guī)模達(dá)23.6億美元,，5年的復(fù)合增速達(dá)49.1%,。預(yù)計(jì)2023年，我國(guó)3D打印行業(yè)總收入將超過(guò)100億美元,。

顯然,，3D打印已逐漸從導(dǎo)入期步入成長(zhǎng)期，而疫情無(wú)疑加速了這一進(jìn)程,。3D打印的不受空間的制約,，能夠縮短供應(yīng)鏈流程，生產(chǎn)效率更高,，并且制造門檻也更低，這就為擺脫供應(yīng)鏈提供了可行方案,。于是,，受海外醫(yī)療防護(hù)物資緊缺影響,，利用3D打印設(shè)備制作出的口罩、醫(yī)用面罩,、護(hù)目鏡等一時(shí)間成了“救場(chǎng)奇兵”,。

其中，國(guó)內(nèi)消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)制造商創(chuàng)想三維,，既是這一波3D打印風(fēng)潮中的獲益者,，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)3D打印行業(yè)的主要參與力量。創(chuàng)想三維3月出貨量達(dá)5萬(wàn)多臺(tái),，4月初接到訂單近16萬(wàn)臺(tái),，4月銷售額2.2億元。此外,，閃鑄,、愛(ài)用科技、光華偉業(yè),、潮闊電子等出口型3D企業(yè)也反饋了更多積極消息。

事實(shí)上,，許多技術(shù)創(chuàng)新站在取得突破的門檻上,，但其中卻少有幾項(xiàng)技術(shù)有望逆轉(zhuǎn)生產(chǎn)率增長(zhǎng)的下降,。但3D打印不同——它從設(shè)計(jì)上就是一種有助于提高生產(chǎn)率的工具。如果將3D打印和機(jī)器人結(jié)合起來(lái),，它的影響將會(huì)更大。機(jī)器人在3D空間中非常靈活,，而3D打印機(jī)可以構(gòu)建復(fù)雜的東西。將這兩者結(jié)合起來(lái),，沒(méi)有理由不能從零開(kāi)始構(gòu)建任何結(jié)構(gòu),。

過(guò)去四十年里，我國(guó)制造業(yè)經(jīng)歷了由復(fù)蘇向崛起的快速發(fā)展,，總量規(guī)模不斷擴(kuò)大,，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加快，綜合頭力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力顯著增強(qiáng),。在制造業(yè)飛速發(fā)展至工業(yè)4.0智能制造的今天,，智能制造最大的挑戰(zhàn)，也從數(shù)量過(guò)渡到了質(zhì)量。大規(guī)模定制,、開(kāi)放式創(chuàng)新與智能化工廠,，這些變化也將是3D打印智能制造最直接的體現(xiàn)。

3D打印技術(shù)承載了人們對(duì)未來(lái)制造模式的無(wú)限想象,，是數(shù)字時(shí)代人類技術(shù)積累到一定階段所孕育出來(lái)的新技術(shù),，3D打印技術(shù)賦予了人類對(duì)未來(lái)的巨大想象。在未來(lái),，傳統(tǒng)制造的物理限制和空間限制將不再那么重要,，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)將更加扁平化,、更加開(kāi)放,。