解析：3D打印商業(yè)化方興未艾

時(shí)間：2013-01-13 17:37:34

關(guān)鍵字： 3D打印 BSP 數(shù)字化 3D打印技術(shù)

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[導(dǎo)讀]盡管有輿論和政治力量的推助，3D打印的商業(yè)化仍在起步階段，尚不明朗。就技術(shù)本身來說，目前極為熱門的3D打印技術(shù)誕生于1980年代。其價(jià)值是在成形學(xué)角度上，以增材成型突破了原有的去除成型和受迫成型。缺削，磨削，

盡管有輿論和政治力量的推助，3D打印的商業(yè)化仍在起步階段，尚不明朗。

就技術(shù)本身來說，目前極為熱門的3D打印技術(shù)誕生于1980年代。其價(jià)值是在成形學(xué)角度上，以增材成型突破了原有的去除成型和受迫成型。

缺削，磨削，洗削等冷加工手段主要采用去除成型：做出一個(gè)毛坯，然后通過加工，把余量去除。受壓迫成型的方式主要指熱加工，比如說鑄造，把鋼水倒進(jìn)一個(gè)型腔中，凝固成型；鍛造則是給模具施加壓力，使它在磨腔里成型。

但就在1980年代中期，增材成型的研究有了突出成果，就是把材料一點(diǎn)一點(diǎn)增加，在增加的同時(shí)成型。這方法并非憑空而來，而只有在這個(gè)時(shí)期，才獲得重視。后來，無論是成型技術(shù)，還是增材成型技術(shù)，都產(chǎn)生了很多方法，但到目前為止，增材成型也不是個(gè)主流的制造技術(shù)，其產(chǎn)值也有限。

但是，為什么在2012年如此熱門，主要有兩個(gè)原因。首先，這年4月，英國(guó)Economist封面文章，提出3D是第三次工業(yè)革命的重要的發(fā)展基礎(chǔ)。其次，美國(guó)政府反思經(jīng)濟(jì)問題，認(rèn)為危機(jī)原因在于過于重視金融業(yè)的作用，而致使其國(guó)內(nèi)制造業(yè)空心化，據(jù)此，美國(guó)總統(tǒng)提出要振興制造業(yè)，其中一個(gè)創(chuàng)新性技術(shù)，便是3D打印。

盡管有輿論和政治力量的推助，三維打印的商業(yè)化仍在起步階段，尚不明朗。就商業(yè)打印來說，在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)已有一些應(yīng)用，但大規(guī)模的應(yīng)用，在國(guó)外的發(fā)展也是有限的。美國(guó)2011年的3D打印市場(chǎng)規(guī)模約為17億美元，中國(guó)最多一兩個(gè)億。

不過，就未來發(fā)展?jié)摿砜?，這會(huì)是個(gè)很有活力的產(chǎn)業(yè)。航空業(yè)、生物智能研究領(lǐng)域，都蘊(yùn)含極大的發(fā)展空間，個(gè)人消費(fèi)者層面，個(gè)性化的創(chuàng)意應(yīng)用也有不可限量的前景。

祛魅3D打印技術(shù)

事實(shí)上，無論是傳統(tǒng)的制造技術(shù)，還是創(chuàng)新型技術(shù)，都要走上數(shù)字化制造的發(fā)展道路，即信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。但是，相比之下，以3D打印為代表的增材成型制造，對(duì)于數(shù)字化的要求更高一些。

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這主要體現(xiàn)在，打印開始前，需要在計(jì)算機(jī)對(duì)所設(shè)計(jì)的三維實(shí)體進(jìn)行數(shù)字處理，形成成片型，被輸送到3D打印的設(shè)備中，而在設(shè)備中，讓這個(gè)材料承接一層，對(duì)接一層，接著第二層數(shù)據(jù)來了，再對(duì)接第二層，就這樣層層對(duì)起來，即是所謂增材制造。整個(gè)過程必須依靠數(shù)字化來實(shí)現(xiàn)。

與傳統(tǒng)的噴墨、點(diǎn)陣、激光打印技術(shù)相比，3D打印更加容易大眾化。經(jīng)過計(jì)算機(jī)技術(shù)30年的發(fā)展，個(gè)人電腦和打印機(jī)已相當(dāng)普及。3D打印的操作，只是2D打印的升級(jí)，一般人便于掌握，這利于未來的普及。

而且，我們現(xiàn)在講的3D打印，已經(jīng)是一個(gè)比較寬泛的技術(shù)了。舉個(gè)例子，通過一個(gè)噴頭把高分子材料的絲加熱，使它熔化，然后再使它層層堆積出來，最后得到一個(gè)三維的連接。這個(gè)設(shè)備如今的體積已縮小到普通打印機(jī)大小，它也叫3D打印。

有一種較早的技術(shù)，把一層一層的紙卷用激光或道具切割邊緣，背后有膠，可跟前面粘上，也可形成堆積。但它運(yùn)用得很少，為什么呢？是材質(zhì)問題導(dǎo)致的，因?yàn)榧埼鼭窈髸?huì)變形，發(fā)粘。所以，我們?cè)谧钚碌膩喼拗圃煺搲险褂[了一臺(tái)設(shè)備，用塑料薄膜代替紙張，一層一層粘起來，也是切割。那臺(tái)設(shè)備比打印機(jī)大不了多少，也可叫做3D打印。

因此，3D打印逐漸就變成了“增材制造”這個(gè)方法的統(tǒng)稱了。

由于3D打印和數(shù)字化關(guān)系密切，版權(quán)問題必然敏感。

網(wǎng)絡(luò)下載數(shù)據(jù)的價(jià)位很高，比如Apple的手機(jī)殼，直接購(gòu)買最多不過數(shù)十美元，但下載數(shù)據(jù)需要好幾千美元。數(shù)據(jù)是一個(gè)瓶頸，家用市場(chǎng)不解決數(shù)據(jù)問題，難以大規(guī)模推廣。

同時(shí)，目前在相關(guān)版權(quán)方面沒有規(guī)定。3D打印設(shè)備在技術(shù)上做不到專有的指定性，一個(gè)設(shè)備，隨便配個(gè)網(wǎng)卡也可安裝軟件，盜版問題是難以避免的。若不是整個(gè)行業(yè)來對(duì)待這個(gè)事情，恐難有改觀。

傳統(tǒng)上，學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)、制圖都要有一個(gè)繪圖板、筆、尺，把腦子里的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出來，這是二維的設(shè)計(jì)圖。現(xiàn)在，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，和機(jī)械制造相關(guān)的CAD技術(shù)——計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)變?yōu)槿S的。這個(gè)軟件技術(shù)二十年來發(fā)展非常快，已經(jīng)有很多商用的三維CAD軟件，功能強(qiáng)大，在國(guó)際上通用性很強(qiáng)。

于是，3D打印的設(shè)備接口，要和商用的CAD軟件接口相匹配。三維設(shè)計(jì)圖是數(shù)據(jù)形式的，這樣一來，只要用眼睛記住產(chǎn)品，再用電腦進(jìn)行設(shè)計(jì)，抄襲是很容易的。尤其需要申請(qǐng)專利保護(hù)。但另一方面，一些數(shù)據(jù)，怎么保護(hù)呢？

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也許，從一開始，數(shù)字化的版權(quán)保護(hù)就比較困難，但也因此非常重要。

此外，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鑒定也涉及商業(yè)模式問題。比如以前音樂產(chǎn)業(yè)是建立在樂隊(duì)合同的價(jià)格基礎(chǔ)上的，數(shù)據(jù)成本下不來。但iPhone開創(chuàng)了以單筆下載費(fèi)用低、靠下載量凸顯價(jià)值的方式，這相當(dāng)于降低數(shù)據(jù)成本。

商業(yè)化進(jìn)行時(shí)

中國(guó)3D打印市場(chǎng)環(huán)境，有其獨(dú)特之處。和美國(guó)相比，體制上較欠缺，技術(shù)重復(fù)，競(jìng)爭(zhēng)激烈，質(zhì)量沒提高，先上抬價(jià)格。此外，就學(xué)術(shù)研究來說，目前國(guó)內(nèi)缺乏學(xué)科間的交叉。我們都是搞機(jī)械制造的，但這行業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵是材料。還有，在關(guān)鍵的零部件質(zhì)量上有差距。整個(gè)系統(tǒng)不太完整，學(xué)校做了很多產(chǎn)業(yè)化的事情，恰恰說明研究不夠深入。在資金轉(zhuǎn)換、持續(xù)投入、產(chǎn)品的穩(wěn)定與擴(kuò)展性等方面，都和國(guó)外有差距。

而從技術(shù)上來看，我們和美國(guó)的差距主要體現(xiàn)在技術(shù)深入的層次上。同樣的技術(shù)，我們做出來的精度和質(zhì)量不如對(duì)方。

當(dāng)然，國(guó)內(nèi)的情況也并非一無是處。20年來，應(yīng)該說是有一定基礎(chǔ)的。在技術(shù)上也有突破，當(dāng)然這種突破是工程性上的。就是說，解決這個(gè)問題，各種各樣的嘗試做出來，但沒有從理論上去歸納總結(jié)，也沒有進(jìn)一步把技術(shù)訣竅總結(jié)成真正的規(guī)律。

如果要說，中國(guó)比美國(guó)要強(qiáng)的地方，應(yīng)該是我們國(guó)家發(fā)展速度快，應(yīng)用領(lǐng)域潛力更大。

1990年代末，快速成型技術(shù)在國(guó)外風(fēng)靡，可直接做出金屬零件，大批量生產(chǎn)還是得用模具制造。而3D打印技術(shù)適合小批量的關(guān)鍵零部件的制造，且采用高性能材料。其實(shí)這種能力對(duì)提升中國(guó)制造業(yè)非常迫重要，肯定是要國(guó)家大力支持的。

但在商業(yè)化的路上，3D打印還有較長(zhǎng)的路要走。國(guó)家支持是一方面，真要做出整個(gè)過程，材料、增材過程、質(zhì)量控制就需要非常嚴(yán)格。

另外一點(diǎn)，未來的3D打印產(chǎn)品要開辟市場(chǎng)，也需轉(zhuǎn)化為可大批量生產(chǎn)的桌面型設(shè)備。1978年，一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)在一個(gè)數(shù)百平米的房間里，其性能也就相當(dāng)于現(xiàn)在一臺(tái)高性能筆記本。大批量生產(chǎn)能夠降低成本，但也意味著激烈的競(jìng)爭(zhēng)。這方面需要一些創(chuàng)新的模式，如果還局限在手工作坊式的拓展方式，不可能應(yīng)付未來的局面。

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因此從商業(yè)上，很可能留下的時(shí)間不多，國(guó)外公司一個(gè)產(chǎn)品性能突破了，價(jià)格會(huì)迅速降下來，接下來，如果能積極籌措資金，引進(jìn)人才，因而培養(yǎng)商業(yè)模式，這樣中國(guó)公司就會(huì)喪失生機(jī)。我們的三維CAD軟件起步時(shí)間和美國(guó)近似，但我們現(xiàn)在卻賣不出多少產(chǎn)品，這個(gè)軟件市場(chǎng)被國(guó)外品牌主導(dǎo)。

我們國(guó)家現(xiàn)在對(duì)3D打印非常重視。設(shè)立了中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，而實(shí)際上北京市也有一個(gè)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，兩個(gè)聯(lián)盟連名字都一樣，做的事也一樣，但是興奮點(diǎn)不一樣。這種事情都是要解決的。如果參加產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的人，抱著互相刺探情報(bào)、同床異夢(mèng)的想法，那么還是達(dá)不到聯(lián)盟作用。國(guó)家需要在這方面進(jìn)行統(tǒng)籌安排。

怎樣迅速培育中國(guó)的3D打印市場(chǎng)？其實(shí)和中國(guó)制造業(yè)面臨的問題相似。進(jìn)入個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域、家庭消費(fèi)領(lǐng)域，成為桌面設(shè)備，這是國(guó)際公認(rèn)的廣闊市場(chǎng)前景。

個(gè)人消費(fèi)者市場(chǎng)，現(xiàn)在的瓶頸首先是國(guó)內(nèi)搞創(chuàng)意的人較少，另一個(gè)瓶頸是家庭應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)有限，即便家里有臺(tái)3D打印機(jī)，想做一些東西，首先遇到的問題就是沒有數(shù)據(jù)。

其實(shí)，中國(guó)的職業(yè)教育非常需要3D技術(shù)的普及。我國(guó)對(duì)職業(yè)教育需求量很大，用適當(dāng)?shù)姆绞阶屗麄兏玫卣莆杖S軟件，才能適應(yīng)未來制造業(yè)數(shù)字化的需求。為了提高學(xué)生的興趣，我們可以用3D打印設(shè)備支持他們進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)賽。通過設(shè)備打印零件，把他們自己的創(chuàng)意表現(xiàn)出來，這個(gè)比賽吸引了很多人，也引起了教育部門的重視。美國(guó)的一個(gè)大學(xué)已經(jīng)把3D打印的技術(shù)引到教學(xué)中，在創(chuàng)新設(shè)計(jì)領(lǐng)域進(jìn)行工作。

此外，3D打印在科研上會(huì)發(fā)揮更大力量。我們目前在進(jìn)行生物制造的研究，用的材料不是一般材質(zhì)，而是生物材料，和人體健康息息相關(guān)，與再生醫(yī)學(xué)、人體修復(fù)等關(guān)系密切。甚至，我們把細(xì)胞也看作一種特殊的生物材料，細(xì)胞參與了堆積的過程。在國(guó)外，也非常重視這種半科幻性質(zhì)的探索，但實(shí)際上很可能是正在發(fā)展的前提，人體器官是3維的，如果可以打印，將能夠解決人類健康很大的問題，但這條路很長(zhǎng)，涉及到生物的3D打印要比其他制造業(yè)的3D打印更難，因?yàn)榧?xì)胞存活是個(gè)關(guān)鍵問題。

綜上所述，3D打印將在四個(gè)方面有長(zhǎng)足發(fā)展：關(guān)鍵金融零部件制造、傳統(tǒng)快速成型制造、結(jié)合個(gè)人消費(fèi)的桌面型原型制造，第四則是與生命科學(xué)的結(jié)合。這四個(gè)方面每個(gè)都不同，但真正能商業(yè)化，將來很可能看到奇跡。

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