3D打印的“能”、“不能”與“將能”
昌旭手握的巨型板手由目前最大的3D打印設(shè)備打印。
昌旭費(fèi)力地手握的是一個(gè)巨大的工具板手模型，它是由目前世界上最大的3D打印機(jī)——Objet1000打印出來(lái)的，這臺(tái)設(shè)備由新合并成的Stratasys公司提供，2012年12月，原Stratasys公司（FDM技術(shù)為主）與以色列的Objet公司（Polyjet技術(shù)為主）合并，成為全球?qū)I(yè)3D打印機(jī)市場(chǎng)最大的公司，占專業(yè)3D打印機(jī)市場(chǎng)份額的一半以上，新公司仍是沿用Stratasys名稱。這臺(tái)設(shè)備可以打印1000x800x500mm的巨型寬幅成型尺寸，從而可以為汽車、國(guó)防、工業(yè)、消費(fèi)電子以及家電等應(yīng)用打印工業(yè)級(jí)1:1尺寸的模型。
當(dāng)然，這打印的只是模型，而不是真實(shí)的能用的產(chǎn)品。這也是很多人的誤會(huì)，“打印出的自行車能騎嗎？”有人問(wèn)。甚至有人問(wèn)：“我用3D打印機(jī)再打印出一個(gè)3D打印機(jī)，不就行了嗎？”這是目前對(duì)于3D打印的最大的一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)，目前3D打印機(jī)主要還是應(yīng)用于概念模型、工業(yè)設(shè)計(jì)原型等應(yīng)用，僅有在牙科等領(lǐng)域可以直接打印出工業(yè)可用的產(chǎn)品。
“我們的目標(biāo)是讓設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意更完美，輕松將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)并縮短設(shè)計(jì)周期；讓制造商獲得更高效率，使用最終模型件實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制；改善企業(yè)的設(shè)計(jì)和溝通過(guò)程，減少生產(chǎn)錯(cuò)誤?！盨tratasys公司創(chuàng)始人、董事會(huì)主席Scott Crump表示。他舉個(gè)例子，比如打印出設(shè)計(jì)師新設(shè)計(jì)的1:1汽車模型和各種功能部件，這樣可以更直觀地評(píng)估設(shè)計(jì)效果，而不僅是停留在2D的圖紙上?！拔以?3年前有一個(gè)夢(mèng)想，就是讓CAD工程師能通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)備直接將他們的設(shè)計(jì)打印成3D的模型，在大規(guī)模生產(chǎn)前，能讓工程師測(cè)試他們的產(chǎn)品。很快，這個(gè)夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)了，我與夫人一起發(fā)明了FDM技術(shù)?！彼貞浀?。他們的主要用材是熱塑性材料，目前已發(fā)展到十幾種。
而與他們合并的另一家公司則主要是專注于3D噴墨打印技術(shù)Polyjet，其創(chuàng)始人的夢(mèng)想是用噴墨打印技術(shù)打印出極高質(zhì)量的工業(yè)產(chǎn)品原型。12年前，他們實(shí)現(xiàn)了夢(mèng)想，成立Objet公司，他們的主要用材是噴墨式光敏樹(shù)脂，目前已有100多種材料?！爱?dāng)然，目前的3D打印還只是用于工業(yè)原型打印，打印出來(lái)的產(chǎn)品不可能替代真實(shí)的制造/鑄造?！盨cott Crump解釋，“比如最大的一個(gè)問(wèn)題是，3D打印是一層一層打印的，沒(méi)法控制各個(gè)方向的強(qiáng)度一致性，這是未來(lái)要攻克的一個(gè)難題?！?BR>
雖然目前3D打印在工業(yè)上僅限于概念模型與工業(yè)原型，但是這將來(lái)帶來(lái)巨大的工業(yè)變革，完全改變目前的制造業(yè)流程，并會(huì)帶來(lái)無(wú)限商機(jī)。舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，手機(jī)廠商的新手機(jī)都需要先做一個(gè)“手版”，這需要“開(kāi)軟?！保m然比真實(shí)的模具便宜，但是價(jià)格也不菲，且需要十多天的時(shí)間。如果能通過(guò)3D打印直接打印出來(lái)，也就是幾小時(shí)的時(shí)間。昌旭預(yù)測(cè)不久的將來(lái)可能會(huì)有不少提供這種類型服務(wù)的公司誕生，“我也準(zhǔn)備去開(kāi)一家手機(jī)手版廠了?！辈褚言谖⒉┍硎荆ㄍ嫘?。因?yàn)槟壳暗?D打印設(shè)備價(jià)格已可在接受范圍。
“我們的3D打印設(shè)備價(jià)格從1萬(wàn)美元的桌面型，到60萬(wàn)美元的大型模型打印機(jī)，為用戶提供多種選擇?！盨cott Crump解釋，“if you can dream it, we can build it.”他說(shuō)。
不過(guò)，設(shè)備雖然不算貴，但是材料才是真正昂貴的，就像目前打印機(jī)廠商主要是通過(guò)打印墨盒來(lái)賺錢一樣。材料與3D打印設(shè)備需要完全配套。
材料是3D打印機(jī)商核心技術(shù)與賺錢法寶
3D打印機(jī)的核心技術(shù)是材料，就像目前打印機(jī)廠商主要是通過(guò)打印墨盒來(lái)賺錢一樣。材料與3D打印設(shè)備需要完全配套，未來(lái)3D打印最耗錢的肯定也是材料。
前面談到目前Stratasys公司可以提供10種熱塑性材料與120種噴墨式光敏樹(shù)脂材料，擁有幾百項(xiàng)專利。他們未來(lái)最大的挑戰(zhàn)仍是不斷開(kāi)辟新型材料，包括金屬材料。對(duì)于目前國(guó)內(nèi)有業(yè)者推出基于玉米的3D打印材料，Stratasys公司創(chuàng)始人、董事會(huì)主席Scott Crump表示這只是炒作，沒(méi)有商業(yè)價(jià)值?！拔覀兲魬?zhàn)還在于混合不同的材料進(jìn)行打印，這個(gè)挑戰(zhàn)已在不斷攻克中?！彼硎尽?BR>
他介紹，已經(jīng)商用的基于 Objet 獨(dú)特的 PolyJet Matrix技 術(shù)，可以在單一構(gòu)建中打印具有不同機(jī)械或物理特性的多種模型材料組成的零部件。PolyJet Matrix技術(shù)為各個(gè)領(lǐng)域提供了無(wú)限商機(jī)：最終產(chǎn)品外觀效仿，感覺(jué)與功能測(cè)試，使其比以往更貼近最終產(chǎn)品。而更具革命性的是，該公司創(chuàng)新的即時(shí)構(gòu)建數(shù)碼材料 Digital Materials?技術(shù)，使用戶能夠預(yù)先設(shè)置材料的機(jī)械特性，進(jìn)而創(chuàng)建復(fù)合材料。 對(duì)于目前業(yè)界談?wù)撦^多的金屬材料打印問(wèn)題，他不愿意多作回答，僅神密地表示這是他們的一個(gè)研究方向?！?D打印未來(lái)的發(fā)展方向有三個(gè)：一是讓Polyjet噴墨打印具有更精細(xì)的畫(huà)質(zhì)；一個(gè)是能進(jìn)行3D彩色打??；第三是則能打印出藝術(shù)性更強(qiáng)的產(chǎn)品?！?BR>
PolyJet 噴墨技術(shù)的工作原理是以超薄層（16μ）的狀態(tài)將感光聚合材料一層一層地噴射到構(gòu)建托盤(pán)上，直至部件制作完成。而最新的PolyJet Matrix的工作原理是其雙噴嘴可以選擇多種材料組合方式，包括同時(shí)噴射兩種不同剛性材料，兩種柔性材料，一剛一柔，任一種模型材料和透明材料，或任兩種相同材料等。每種材料均存放在專用的液體系統(tǒng)以連接到載有八個(gè)打印頭的PolyJet Matrix裝置。每種材料包括支撐材料指定了兩個(gè)完全同步的打印頭。PolyJet Matrix技術(shù)可以控制每個(gè)打印頭上的九十六個(gè)噴嘴中的任意一個(gè)，可以根據(jù)所處位置和模型類型從指定的噴嘴噴射事先調(diào)整好的模型材料，全面控制噴射材料的機(jī)械特性。這種復(fù)合型材料稱為“Digital Material”數(shù)碼材料，可以根據(jù)材料性能指標(biāo)如拉伸強(qiáng)度，極限拉伸率，熱變形溫度以及Shore A彈性值與實(shí)際產(chǎn)品材料進(jìn)行匹配。材料以超薄層的狀態(tài)被一層一層地噴射到構(gòu)建托盤(pán)上，直至部件制作完成。每一層感光聚合材料在被噴射后立即用紫外線光進(jìn)行固化，從而制作出完全凝固的模型，可以立即進(jìn)行搬運(yùn)與使用，而無(wú)需事后凝固?？梢杂檬只蛘咄ㄟ^(guò)水qiang噴射分離方式很容易地清除為支撐復(fù)雜幾何形狀而特別設(shè)計(jì)的凝膠體狀支撐材料。[!--empirenews.page--]
兩種不同的3D打印方式及對(duì)應(yīng)的應(yīng)用。
Stratasys研制的具有不同機(jī)械特性的3D打印材料。
這個(gè)腳模則是采用不同材料打印而成
競(jìng)爭(zhēng)格局 與未來(lái)愿景
合并之前，兩家公司2011年的總收入為2.77億美元，而據(jù)第三方數(shù)據(jù)顯示目前全球3D打印及耗材配件的市場(chǎng)總值是15億-20億美元?！八?，我們非常歡迎競(jìng)爭(zhēng)，3D市場(chǎng)才剛剛開(kāi)始。”新Stratasys公司CEO David Reis表示，“目前全球CAD設(shè)備有1400萬(wàn)套，我們預(yù)測(cè)未來(lái)每年由2D CAD轉(zhuǎn)3D CAD的業(yè)務(wù)將達(dá)到100萬(wàn)套，這是一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)?！彼硎竟灸壳耙咽鄢龆f(wàn)套3D打印設(shè)備，未來(lái)的目標(biāo)是一百萬(wàn)套。
Stratasys公司目前擁有500多項(xiàng)專利，核心專利是FDM與噴墨式PolyJet技術(shù)和相關(guān)材料，都是可直接從3D CAD文件或其他3D立體數(shù)據(jù)中制造產(chǎn)品原型或制成品。由于FDM專利在一年前已到期，現(xiàn)在全球涌現(xiàn)出80多家FDM的3D打印廠商，“我們正在探討基于FDM上的更高一層的專利，比如熱能控制等。”他透露?！案?jìng)爭(zhēng)對(duì)手容易模仿的是簡(jiǎn)單操作專利，而對(duì)于復(fù)雜的專利比如說(shuō)支撐系統(tǒng)、材料等是他們模仿不到的?！彼u(píng)論道。
對(duì)于3D打印在家庭市場(chǎng)的應(yīng)用，David認(rèn)為還不到時(shí)間。他指出：“如果我們要讓3D打印在家庭市場(chǎng)普及，首先我們要讓設(shè)備操作簡(jiǎn)單，像普通打印機(jī)一樣按鍵則操作，而不是通過(guò)CAD專業(yè)人員才能實(shí)現(xiàn)。第二，當(dāng)然家庭打印設(shè)備需要更便宜和更可靠，否則售后也是一個(gè)問(wèn)題。”他分析認(rèn)為，目前3D打印仍是主要在工業(yè)與醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，新興應(yīng)用包括珠寶首飾應(yīng)用。
此外，對(duì)于工業(yè)級(jí)的3D打印設(shè)備，如果欲快速普及，也需要克服以下幾個(gè)挑戰(zhàn)，David認(rèn)為一是要有更多的材料供選擇；二是打印出的物件強(qiáng)度各個(gè)方向要一致?！爱?dāng)然，我們的ABS打印材料打印出來(lái)的物體強(qiáng)度已經(jīng)與傳統(tǒng)的鑄造模型很接近，但是仍需努力?！彼Q。
目前業(yè)界三種不同的3D打印平臺(tái)
3D打印設(shè)備已具有很大的商業(yè)前景，價(jià)格也不貴，最便宜的才一萬(wàn)美元。
下載文檔
