時(shí)間：2023-05-29 18:19:20
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇3d打印材料，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
中圖分類號(hào)：X503.231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170532081
前言
隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)制造技術(shù)已難以滿足人們使用需求，因此，尋找一種新的制造方法十分迫切，3D打印技術(shù)便在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。近年來(lái)由于3D打印技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，在各大主流媒體頻繁出現(xiàn)，成為當(dāng)下與未來(lái)發(fā)展的新星。但因打印材料的緊缺與制備困難，打印成本昂貴，對(duì)3D打印技術(shù)的發(fā)展和深入市場(chǎng)化帶來(lái)一定的制s。農(nóng)作物秸稈作為一種可再生資源，應(yīng)用在3D打印技術(shù)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1 3D打印技術(shù)的概述
3D打印技術(shù)源自20世紀(jì)90年代，是一種快速成型制造技術(shù)，因其制造特點(diǎn)獨(dú)特，又稱“增材制造技術(shù)”，工作原理為層層堆疊與逐層打印，是一種跨學(xué)科的交叉技術(shù)。3D打印技術(shù)是基于傳統(tǒng)二維打印技術(shù)基礎(chǔ)上的大膽創(chuàng)新，把二維打印延伸至三維領(lǐng)域，把噴墨式打印的平面圖案、文字等通過(guò)原材料逐層堆疊而成的三維立體實(shí)物，不但拓展出非主流化設(shè)計(jì)潮流，還彰顯出新時(shí)代個(gè)性化創(chuàng)新活力與創(chuàng)造潛力。
3D打印技術(shù)所需的成本較高，不僅因?yàn)?D打印機(jī)本身機(jī)器的價(jià)格高，更重要的是3D打印所使用的材料價(jià)格高，精密度越高與速度越快的3D打印，其對(duì)于材料的要求越高。而材料作為3D打印技術(shù)成型工藝與成型件性能及設(shè)備結(jié)構(gòu)的核心，根據(jù)化學(xué)成分可分成金屬、陶瓷、聚合物及復(fù)合材料等，這些材料的價(jià)格較高，且數(shù)量有限，還要滿足剛度、強(qiáng)度、耐濕潮及熱穩(wěn)定性要求和方便后續(xù)工藝處理。可見(jiàn)，3D打印因受到材料緊缺與材料價(jià)格問(wèn)題的制約，難以快速形成市場(chǎng)化，對(duì)3D打印材料與其制備方法的深入研發(fā)帶來(lái)一定影響。
2 3D打印技術(shù)的材料及其優(yōu)缺點(diǎn)
2.1 金屬材料
之所以3D打印倍受歡迎，主要因其可把物體的設(shè)計(jì)、創(chuàng)造或快速?gòu)?fù)制從改變變成現(xiàn)實(shí)。當(dāng)前大多3D打印材料以塑料為主，而金屬所具有的良好力學(xué)強(qiáng)度與導(dǎo)電性使該領(lǐng)域的研究者對(duì)金屬物品打印持有濃厚的興趣。但將金屬作為3D打印的原材料使用價(jià)格非常昂貴，特別是作生產(chǎn)原料而使用的金屬材料，比如1kg的鈦金屬粉末用在3D打印上的價(jià)格是200～400美元，昂貴的原材料使得3D打印技術(shù)難以真正得到普及。
2.2 陶瓷材料
硅酸鋁陶瓷粉末可以用作陶瓷產(chǎn)品的3D打印，且3D打印出來(lái)這類陶瓷制品耐熱性高，不透水，無(wú)毒可回收，可以作為理想的餐具、飲具、花瓶、燭臺(tái)、藝術(shù)品及瓷磚等家居裝飾品，但因其強(qiáng)度不高，因此容易碎裂。
2.3 聚合物材料
用于3D打印常見(jiàn)的聚合物材料有聚乳酸（PLA）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）。ABS是最常用的3D打印熱塑性材料，不僅可生物降解，還有良好的柔韌性、抗高溫性及機(jī)械加工性，加上其強(qiáng)度高、耐磨性好與抗沖擊性大而常被工程師選用。但許多ABS部件會(huì)有精度障礙，和3D打印機(jī)的機(jī)床接觸時(shí)，表面容易向上卷曲，且打印較大物件時(shí)，要小心模型冷卻時(shí)因熱應(yīng)力而引發(fā)的翹曲和變形。PLA是3D打印初期使用情況最好的原材料，呈半透明顏色與光澤質(zhì)感，可經(jīng)生物降解后變成活性堆肥，是由甘蔗與玉米淀粉所形成，能避免模型發(fā)生翹曲和變形，打印出其他材料難以打印的形狀。但PLA材料打印出來(lái)的物件無(wú)法抵抗高溫，一旦溫度超過(guò)50℃就會(huì)變形和軟化，給3D打印帶來(lái)巨大的麻煩。
2.4 復(fù)合材料
美國(guó)硅谷Arevo實(shí)驗(yàn)室通過(guò)3D打印發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料，與傳統(tǒng)注塑定型和擠出方法相比，3D打印中通過(guò)對(duì)碳纖維的精確控制，可以優(yōu)化電熱性能與特定機(jī)械的性能，具有優(yōu)秀的抗化學(xué)與耐高溫性能，且可嚴(yán)格設(shè)定綜合性能。因3D打印復(fù)合材料的零件一次使用只可制造一層，每層可實(shí)現(xiàn)任何需要的纖維取向，因此其造價(jià)也會(huì)較為昂貴，且無(wú)法循環(huán)利用，適用于國(guó)防、航天及醫(yī)療方面。
3 農(nóng)作物秸稈3D打印的綜合應(yīng)用
和上述材料相比，農(nóng)作物秸稈應(yīng)用在3D打印中更具發(fā)展前景。農(nóng)作物秸稈是在籽實(shí)收獲之后剩下的一些富含纖維成分的作物殘留物，主要有豆類、麻類、薯類、禾谷類、油料類及甘蔗、棉花、瓜果、煙草等作物的秸稈，其作為農(nóng)作物當(dāng)中主要的副產(chǎn)品，數(shù)量龐大，同時(shí)也是具有多類用途的一種可再生生物資源。根據(jù)聯(lián)合國(guó)的環(huán)境規(guī)劃署所做出的報(bào)道指出，世界上所種植的各類農(nóng)作物秸稈每年可提供20億t，而我國(guó)的農(nóng)作物秸稈每年產(chǎn)量大約是7億t，位居世界首位，其折合標(biāo)準(zhǔn)煤量是3.5億t左右，占全球秸稈總量約30%，我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源量每年占生物質(zhì)資源量接近50%。
雖然農(nóng)作物秸稈為一種珍貴的可再生資源，但因受到生活方式與消費(fèi)觀念影響，我國(guó)的農(nóng)作物秸稈資源基本還處在高污染、高消耗及低產(chǎn)出的現(xiàn)狀，大多數(shù)農(nóng)作物秸稈都被棄置或焚燒，無(wú)法得到合理的開(kāi)發(fā)與利用。根據(jù)調(diào)查，我國(guó)農(nóng)作物秸稈的利用率在33%左右，其中大多數(shù)都未經(jīng)過(guò)處理，經(jīng)處理后所利用的量只有26%左右。所以，對(duì)農(nóng)作物秸稈資源進(jìn)行綜合應(yīng)用對(duì)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、增加收入及促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等具有重要意義。
然而，將秸稈用在3D打印中的新材料，不僅可以解決農(nóng)民農(nóng)收問(wèn)題，保護(hù)環(huán)境，還能在加工回收后獲取3D打印的新材料，這樣可以顯著降低3D打印的成本。農(nóng)作物結(jié)鋼有著非常高的利用價(jià)值，其熱值高，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤的50%，經(jīng)測(cè)定，農(nóng)作物秸稈的熱值大約15000KJ/kg，且農(nóng)作物秸稈中含有多種能夠被有效利用的成分，除了大部分的碳之外，還有鈣、鉀、鎂、硅、磷、氮等礦物質(zhì)元素及有機(jī)成分纖維素、木質(zhì)素、半纖維素、蛋白質(zhì)、灰分及脂肪等，這些物質(zhì)可作為資源進(jìn)行利用。
如用玉米秸稈等原料經(jīng)過(guò)加工后可以打印出木紋餐具與花瓶等生活常用品，這種采用農(nóng)作物秸稈經(jīng)3D打印所生產(chǎn)的產(chǎn)品有著天然草木色的紋理與秸稈特有的清香，使所打印出來(lái)的產(chǎn)品更具木質(zhì)感，不僅實(shí)用，還具有觀賞價(jià)值，且農(nóng)作物秸稈用做3D打印的材料，綠色環(huán)保，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
4 結(jié)語(yǔ)
3D打印技術(shù)的出現(xiàn)受到多個(gè)國(guó)家的關(guān)注與重視，且對(duì)傳統(tǒng)的制造方法帶來(lái)巨大突破，在其不斷發(fā)展的過(guò)程中為各類似行業(yè)所存在的問(wèn)題提供新解決思路與方法。因此，各國(guó)開(kāi)始大力發(fā)展3D打印打印技術(shù)，并將農(nóng)作物秸稈應(yīng)用到3D打印中，相信在未來(lái)3D打印技術(shù)會(huì)逐漸滲透到人們的生活中，變成社會(huì)發(fā)展新航標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；材料動(dòng)畫(huà)片；制作；優(yōu)勢(shì)；局限性
0 前言
當(dāng)前，3D打印技術(shù)迅速席卷全球，并掀開(kāi)了產(chǎn)業(yè)革命新篇章，尤其是隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，使得該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域與范圍隨之實(shí)現(xiàn)了拓展。在材料動(dòng)畫(huà)片的制作領(lǐng)域中，作為動(dòng)畫(huà)藝術(shù)領(lǐng)域的重要分支之一，借助3D打印技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)材料動(dòng)畫(huà)片在制作上更加的完善，效果更加逼真，充分彰顯出了現(xiàn)代技術(shù)與手工藝完美結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。在此過(guò)程中，由于一系列問(wèn)題的呈現(xiàn)，也使得3D打印技術(shù)在該領(lǐng)域中的運(yùn)用受阻，成為當(dāng)前亟待攻克的一大難題。
1 3D打印技術(shù)與材料動(dòng)畫(huà)概述
所謂的3D打印技術(shù)也被稱之為快速成形技術(shù)，該技術(shù)則是基于數(shù)字模型這一基礎(chǔ)上，借助軟件分層離散以及數(shù)控成型系統(tǒng)，以激光束等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)耗材打印，通過(guò)對(duì)所使用特殊材料的逐層堆積與粘結(jié)，獲得立體模型并將這一數(shù)字三維模型進(jìn)行打印，實(shí)現(xiàn)實(shí)物產(chǎn)品的制作。基于3D打印技術(shù)下，其運(yùn)行原理是：結(jié)合實(shí)際需求來(lái)提前備好打印材料，然后將數(shù)字三維模型數(shù)據(jù)輸入到3D打印機(jī)中，相應(yīng)的打印設(shè)備則結(jié)合模型數(shù)據(jù)，按照層疊的方式來(lái)打印出相應(yīng)的立體實(shí)物。
材料動(dòng)畫(huà)也被稱之為定格動(dòng)畫(huà)，其需要相應(yīng)的拍攝動(dòng)畫(huà)師對(duì)模型定位的實(shí)體圖像進(jìn)行逐格拍攝，在拍攝完一副畫(huà)面后，對(duì)拍攝對(duì)象進(jìn)行稍微移動(dòng)后實(shí)現(xiàn)下個(gè)鏡頭的拍攝，在完成拍攝后，將每次所拍攝的一幀畫(huà)面進(jìn)行連續(xù)播放，進(jìn)行形成具備活靈活現(xiàn)的動(dòng)畫(huà)鏡頭。在傳統(tǒng)的拍攝制作中，采用手工工藝的方式不僅耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)且整個(gè)工序十分復(fù)雜，進(jìn)而加大了成本投入，同時(shí)制作效果也存在一定的不足。而借助3D打印技術(shù)的運(yùn)用，則能夠?yàn)橛行Ы鉀Q手工藝拍攝制作所存在問(wèn)題的同時(shí)，借助3D打印技術(shù)與材料動(dòng)畫(huà)的完美結(jié)合，在簡(jiǎn)化材料動(dòng)畫(huà)制作程序的同時(shí)，賦予拍攝鏡頭以更加逼真的視覺(jué)效果。
2 3D打印技術(shù)在材料動(dòng)畫(huà)片制作中所呈現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)
2.1 降低成本并提高制作效率
在材料動(dòng)畫(huà)片制作的傳統(tǒng)領(lǐng)域中，要想打造一部精良之作，就意味著在實(shí)際之作的過(guò)程中，需要針對(duì)角色、場(chǎng)景以及到道具等進(jìn)行細(xì)化之作，相應(yīng)的工序極其復(fù)雜，進(jìn)而使得投入成本過(guò)高。而借助3D打印技術(shù)的運(yùn)用，則能夠與傳統(tǒng)手工藝之作進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在簡(jiǎn)化手工工藝操作程序的同時(shí)，大大降低了成本投入。同時(shí)，在實(shí)際開(kāi)展制作工作的過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情景之需，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模型的打造，當(dāng)角色需要在一個(gè)或者是多個(gè)場(chǎng)景中出現(xiàn)，則就需要針對(duì)人偶、道具以及場(chǎng)景等及西寧反復(fù)的翻制，借助手工藝來(lái)開(kāi)展這一工作，面對(duì)繁瑣且復(fù)雜的制作程序，無(wú)意會(huì)消耗大量的時(shí)間，相應(yīng)制作效率極低。將3D打印技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，能夠基于相應(yīng)數(shù)據(jù)下，提高制作的效率，為實(shí)現(xiàn)材料動(dòng)畫(huà)片的高質(zhì)高效制作奠定了基礎(chǔ)。
2.2 借助良好材質(zhì)的運(yùn)用促使畫(huà)面更加逼真
在材料動(dòng)畫(huà)片的制作中，需要借助材料的運(yùn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)人物造型、道具以及情景等的設(shè)計(jì)，而相應(yīng)材料材質(zhì)直接影響到了動(dòng)畫(huà)片制作的效果。在傳統(tǒng)的拍攝方法下，難以實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的完美呈現(xiàn)，特別是畫(huà)面缺乏立體感，而借助3D打印技術(shù)的運(yùn)用，則能夠通過(guò)對(duì)模型材質(zhì)的掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字修正，在此基礎(chǔ)上，借助特殊材料的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)物打印，在保證原材質(zhì)屬性不被破壞的同時(shí)，還能進(jìn)行修正之后，凸顯出材質(zhì)細(xì)節(jié)的精準(zhǔn)性，最終呈現(xiàn)出逼真的畫(huà)面。在完成實(shí)物制作的基礎(chǔ)上，以逐幀拍攝的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)具備動(dòng)態(tài)影像畫(huà)面的制作，為呈現(xiàn)出一部精良動(dòng)畫(huà)作品奠定基礎(chǔ)。
3 3D打印技術(shù)在材料動(dòng)畫(huà)片制作中所呈現(xiàn)出的局限性
從前文的分析中可知，借助3D打印技術(shù)的運(yùn)用，能夠?yàn)樘岣卟牧蟿?dòng)畫(huà)片制作的效率與質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而為降低成本投入并實(shí)現(xiàn)逼真動(dòng)畫(huà)影像的打造。但是，在實(shí)際運(yùn)用3D打印技術(shù)的過(guò)程中，也呈現(xiàn)出了一定的局限性，具體而言，表現(xiàn)在：第一，3D打印技術(shù)本身對(duì)成本投入提出了較高要求。雖然與傳統(tǒng)手工工藝技術(shù)相比，3D打印技術(shù)能夠節(jié)省大量的人力、物力以及財(cái)力，并提高制作效率，但是，從3D打印耗材方面看價(jià)格高的耗材所打印出的模型精細(xì)度較高，但是，相應(yīng)的成本隨之加大，而如果選擇廉價(jià)耗材，雖然能夠在一定程度上降低成本，但是，很多情況下，則難以滿足實(shí)際之作之要求。同時(shí)，因相應(yīng)增材制造的材料研發(fā)本身具備了較大的難度，進(jìn)而致使3D打印技術(shù)的運(yùn)用同樣需要投入較大成本；加上當(dāng)前增材料制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展尚不成熟，進(jìn)而也影響到了3D打印技術(shù)下材料動(dòng)畫(huà)制作的效率與精度。第二，自動(dòng)化控制水平偏低。基于3D打印技術(shù)下，需要以信息技術(shù)以及材料科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域中的尖端技術(shù)引進(jìn)，而從目前自動(dòng)化控制系統(tǒng)看，相應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定性有待提升，進(jìn)而影響都了制作的精準(zhǔn)度。第三，材料單一。目前，從3D打印技術(shù)本身的實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀看，最大的問(wèn)題在于材料的局限，一般而言，要求相應(yīng)的3D打印材料要具備方便性，且成本可控、性能可靠；同時(shí)，現(xiàn)有3D打印普遍為單色素模，無(wú)法滿足材料動(dòng)畫(huà)制作發(fā)展之需。第四，人員素質(zhì)有待提升。在材料動(dòng)畫(huà)片制作中，要想充分實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)的作用與價(jià)值，就需要提高對(duì)人員能力素質(zhì)的重視程度，確保相應(yīng)人員能夠在開(kāi)展材料動(dòng)畫(huà)制作的過(guò)程中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)3D打印技術(shù)的完善運(yùn)用。但從目前相應(yīng)人員能力素質(zhì)的現(xiàn)狀看，還存在著一定的不足，難以將3D打印技術(shù)與手工工藝進(jìn)行完美結(jié)合，進(jìn)而阻礙了3D打印技術(shù)作用的發(fā)揮。如上問(wèn)題是當(dāng)前材料動(dòng)畫(huà)片制作過(guò)程中，運(yùn)用3D打印技術(shù)所急需解決的主要問(wèn)題。
4 結(jié)語(yǔ)
在材料動(dòng)畫(huà)片制作中，借助3D打印技術(shù)的運(yùn)用，能夠在化簡(jiǎn)工序、提高材料動(dòng)畫(huà)制作質(zhì)量與效率的基礎(chǔ)上，降低制作成本，并打造出完美的視覺(jué)效果，為進(jìn)一步促進(jìn)材料動(dòng)畫(huà)片制作領(lǐng)域的發(fā)展步伐奠定了基礎(chǔ)。而從實(shí)際踐行看，3D打印技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用于材料動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中，依舊存在著一定的局限性，需要制定具有針對(duì)性解決措施，以打破3D打印技術(shù)在該領(lǐng)域中發(fā)展瓶頸的束縛。
參考文獻(xiàn)：
[1] 范治鳴.數(shù)字技術(shù)背景下對(duì)當(dāng)前定格動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作的思考[J].福建商業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2014（06）：87-91.
簡(jiǎn)單地說(shuō)，3D打印機(jī)是這樣工作的：先用計(jì)算機(jī)建立所需打印物體的三維模型，然后把模型分成多層結(jié)構(gòu)，用機(jī)器將原料（目前而言通常是金屬或塑料）熔化，再運(yùn)用噴墨打印機(jī)的工作原理，使熔化材料從噴嘴噴出，從而打印出多層結(jié)構(gòu)的第一層，然后是第二層、第三層……逐層疊加，當(dāng)所有層都打印完時(shí)，所需要的物體就出現(xiàn)了。該技術(shù)被應(yīng)用在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程以及許多其他領(lǐng)域。
3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，這類機(jī)器的銷售有了快速增長(zhǎng)，其價(jià)格則出現(xiàn)大幅下降。3D打印制造物品所需要的，只是一臺(tái)3D打印機(jī)、原材料和控制打印機(jī)的軟件。用軟件畫(huà)出模型，把原料加入打印機(jī)，點(diǎn)下“打印”選項(xiàng)，過(guò)一會(huì)兒就可以拿到新鮮出爐的物品了，這就是這種打印方式的驚人之處。
流水線改變了生產(chǎn)制造的方式，從而使世界進(jìn)入了現(xiàn)代化時(shí)代。同樣，3D打印也可能使人類生活進(jìn)入一種新?tīng)顟B(tài)。工程師和設(shè)計(jì)師們使用3D打印機(jī)已經(jīng)有數(shù)十年了，但大多數(shù)情況下，只是為了能在產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)之前快速而廉價(jià)地得到其原型，從而擺脫價(jià)格昂貴且效率低下的模具制造的束縛。隨著能夠處理的材料越來(lái)越多，3D打印機(jī)開(kāi)始更多地被用來(lái)生產(chǎn)成品。研究3D打印的人們喜歡用“加法”或“減法”對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)制造進(jìn)行分類。在工業(yè)界，使用3D打印機(jī)生產(chǎn)被稱為“加法”制造，這種方式與使用切割、鉆孔和金屬蝕刻這些需要用車床等工具對(duì)材料進(jìn)行加工的“減法”制造完全相反。加法制造過(guò)程中所需的原材料很少，而且3D打印機(jī)由軟件驅(qū)動(dòng)，無(wú)需費(fèi)時(shí)費(fèi)力地重新調(diào)整機(jī)器，就可以很容易制造出不同部件。3D打印這種所需材料更少、生產(chǎn)流程更簡(jiǎn)單的特點(diǎn)是傳統(tǒng)制造方法無(wú)法比擬的。
將3D打印設(shè)備稱為“打印機(jī)”，是參照其技術(shù)原理的結(jié)果，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^(guò)程與噴墨打印十分相似。隨著這項(xiàng)技術(shù)不斷進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)能夠生產(chǎn)出與原型的外觀、感覺(jué)和功能極為接近的3D模型。對(duì)于生產(chǎn)者來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)可大幅降低成本，提高原材料和能源的使用效率，減少對(duì)環(huán)境的影響，它還使消費(fèi)者能根據(jù)自身需求量身定制產(chǎn)品。3D 打印機(jī)既不需要用紙，也不需要用墨，而是通過(guò)電子制圖、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、激光掃描、材料熔化等一系列技術(shù)，把電子模型變?yōu)閷?shí)物，其優(yōu)點(diǎn)是大大節(jié)省工業(yè)樣品制作時(shí)間，而且可以“打印”造型復(fù)雜的產(chǎn)品。許多專家認(rèn)為，這種技術(shù)代表制造業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)。
3D打印的優(yōu)勢(shì)
3D打印技術(shù)能夠改變制造業(yè)，因?yàn)樗档土水a(chǎn)品的成本和生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。3D打印不需要龐大的機(jī)器、巨大的廠房，企業(yè)因此就不需要一直擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以賺取巨大的固定資產(chǎn)投資。不僅如此，3D打印還能夠大幅減少原材料消耗并減少對(duì)裝配人工的需求，因此是一種耗能低、污染低甚至無(wú)污染的生產(chǎn)方式。
當(dāng)今世界，大量同質(zhì)化的產(chǎn)品有時(shí)會(huì)不受消費(fèi)者歡迎，尤其當(dāng)很多東西都可以通過(guò)3D打印量身定制之后，傳統(tǒng)的制造方式將被逐步淘汰。能夠定制化、小批量生產(chǎn)而幾乎不增加成本，是3D打印的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)。在消費(fèi)者追求個(gè)性化的當(dāng)代社會(huì)，此種方式能夠很好地迎合消費(fèi)者需求。
對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，它們這種用規(guī)模化、機(jī)械化的加工方式取代需要人工精密加工的生產(chǎn)步驟，可以減少對(duì)人工的依賴，減少運(yùn)輸費(fèi)用，單位人員的產(chǎn)出會(huì)更高，從而減少對(duì)發(fā)展中國(guó)家制造業(yè)的依賴，
將來(lái)人們會(huì)看到，消費(fèi)者能在家中像下載音樂(lè)一樣下載產(chǎn)品模型，然后打印出來(lái)；或者在當(dāng)?shù)氐?D打印中心，根據(jù)自身的喜好設(shè)計(jì)出各種產(chǎn)品。這樣的情景可能很遙遠(yuǎn)，但技術(shù)發(fā)展的速度經(jīng)常是不可想象的，一場(chǎng)新的工業(yè)革命可能即將來(lái)臨。
可能很多人以為，3D打印就是在電腦上設(shè)計(jì)一個(gè)模型，不管內(nèi)面和結(jié)構(gòu)多復(fù)雜，只要摁下“打印”按鈕，3D打印機(jī)就能打印出一個(gè)成品。這個(gè)想法其實(shí)不正確，因?yàn)檎嬲O(shè)計(jì)一個(gè)模型，特別是一個(gè)復(fù)雜的模型，需要大量工程、結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)，需要精細(xì)的技巧，并需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。以塑料熔融打印為例，如果一個(gè)復(fù)雜部件的內(nèi)部沒(méi)有設(shè)計(jì)合理的支撐，打印出的成品很可能會(huì)變形。媒體喜歡將3D打印機(jī)描述成產(chǎn)品打印完畢就能直接使用的神器，可事實(shí)上，產(chǎn)品制作完成后還需有一些不可避免的后續(xù)工藝：或打磨，或燒結(jié)，或組裝，或切割，這些過(guò)程通常需要大量的手工工作。
都說(shuō)3D打印能給人們巨大的生產(chǎn)自由度，能生產(chǎn)前所未有的東西，可直到目前，幾乎還沒(méi)有這種市場(chǎng)“殺手”級(jí)別的產(chǎn)品出現(xiàn)。用3D打印機(jī)小規(guī)模做些飾品、藝術(shù)品是可以的，做逆向工程也是可以的，但要談到大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，3D打印還不能取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。如果3D打印能生產(chǎn)出其他工藝無(wú)法生產(chǎn)的產(chǎn)品，而這種產(chǎn)品在某些性能方面有極大提高，或是能夠極大改善消費(fèi)者的生活品質(zhì)，或許能促進(jìn)3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)更快普及，但目前這方面還不盡如人意。
發(fā)展瓶頸
目前，3D打印技術(shù)面臨的發(fā)展瓶頸主要有以下幾個(gè)：
首先是價(jià)格因素。大多數(shù)桌面級(jí)3D打印機(jī)的售價(jià)在2萬(wàn)元人民幣左右，國(guó)內(nèi)的一些仿制品價(jià)格雖然可以低至6000元，但據(jù)商透露，國(guó)產(chǎn)低價(jià)3D打印機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量很難有保障。另外，桌面級(jí)3D打印機(jī)僅能打印塑料產(chǎn)品，因此使用范圍非常有限。而且對(duì)于家庭用戶來(lái)說(shuō)，3D打印機(jī)的使用技術(shù)要求仍然很高。因?yàn)槭褂谜弑仨毝?D建模，然后將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)能夠讀取的格式才能進(jìn)行打印。
其次是原材料因素。3D 打印不是一項(xiàng)高深的技術(shù)，它與普通打印的區(qū)別就在于使用材料不同。以色列的3D打印機(jī)制造商 Object是掌握打印材料品種最多的公司。目前，它已經(jīng)可以使用14 種基本材料，還能在此基礎(chǔ)上混搭出 107種材料。但與大千世界為人類提供的材料品種相比，這個(gè)種類規(guī)模還相差甚遠(yuǎn)。不僅如此，材料的價(jià)格也是個(gè)問(wèn)題，便宜的材料每公斤幾百元，而最貴的材料每公斤售價(jià)可達(dá)4萬(wàn)元左右。
第三是社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)成本因素。如同核反應(yīng)既能用于發(fā)電，但又具有可怕的破壞力一樣，3D打印技術(shù)在發(fā)展初期已讓人們看到了一系列隱憂，而未來(lái)進(jìn)一步的發(fā)展也令很多人有所擔(dān)心：什么都能徹底復(fù)制，想到什么就能制造出什么，聽(tīng)上去很美的同時(shí)，這種不受控制的創(chuàng)造也著實(shí)令人恐懼。
3D打印是一層層地制作物品，想把物品制作得更精細(xì)，就需要減小每層的厚度；想提高打印速度，就需要增加層厚，而這勢(shì)必影響產(chǎn)品的精度。在生產(chǎn)同樣精度的產(chǎn)品時(shí)，與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)相比，3D打印沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì)，尤其是沒(méi)有時(shí)間成本和規(guī)模成本優(yōu)勢(shì)。
現(xiàn)在3D打印機(jī)市場(chǎng)百花齊放，如同處于戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，導(dǎo)致機(jī)器品質(zhì)參差不齊。目前3D打印機(jī)缺乏統(tǒng)一的制造標(biāo)準(zhǔn)，致使同一個(gè)3D模型在不同的打印機(jī)上打印時(shí)，得到的產(chǎn)品可能大不相同。此外，打印原材料也缺乏標(biāo)準(zhǔn)，3D打印機(jī)生產(chǎn)商都想讓消費(fèi)者購(gòu)買自己提供的打印原料，以便獲取穩(wěn)定的收入。這種做法可以理解，畢竟普通打印機(jī)的打印原料也是采用這種模式供給的。但問(wèn)題在于3D打印機(jī)生產(chǎn)商所用的原料一致性太差，從形式到內(nèi)容千差萬(wàn)別，這讓材料生產(chǎn)商很難與之合作，因?yàn)檠邪l(fā)成本和供貨風(fēng)險(xiǎn)都很大，從而難以形成產(chǎn)業(yè)鏈。表面上看，是3D打印機(jī)捆綁了3D打印材料，事實(shí)上卻是材料捆綁了打印機(jī)，這非常不利于降低成本和抵抗風(fēng)險(xiǎn)。
應(yīng)用領(lǐng)域
3D打印技術(shù)迅速興起，成為炙手可熱的新型產(chǎn)業(yè)，它可以打印的立體產(chǎn)品種類正迅速增加。3D打印機(jī)的應(yīng)用對(duì)象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Object公司認(rèn)為，對(duì)3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天、國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育以及制造行業(yè)。
2011年6月，歐洲一位患有慢性骨骼感染病的83歲老人，換上了由3D打印機(jī)“打印”出的下顎骨，這是世界上首個(gè)使用3D打印技術(shù)制作人體骨骼的案例。據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，在不久的將來(lái)，外科醫(yī)生們或許可以在手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)利用打印設(shè)備打印出各種尺寸的骨骼來(lái)使用，用于替代真實(shí)人體骨骼的打印材料也正在緊鑼密鼓地研制，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，這種骨骼替代打印材料已經(jīng)被證明可以支持人體骨骼細(xì)胞在其中生長(zhǎng)，其有效性也已經(jīng)在老鼠和兔子身上得到了驗(yàn)證。未來(lái)數(shù)年內(nèi)，打印成的、質(zhì)量更好的骨骼替代品或?qū)椭饪漆t(yī)師修復(fù)病人損傷的骨骼，幫助骨質(zhì)疏松癥患者恢復(fù)健康，也可以用于牙醫(yī)診所。
為了打印骨骼替代品，來(lái)自華盛頓州立大學(xué)的機(jī)械和材料工程師薩斯米塔·博斯（Susmita Bose）和她的同事們對(duì)可從商業(yè)銷售渠道獲得的ProMetal 3D打印機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。這種3D打印機(jī)會(huì)在一層粉末基底之上逐層噴灑原材料膠粒并逐層成型，每一層的厚度僅相當(dāng)于人的頭發(fā)絲寬度的一半。使用這臺(tái)打印機(jī)制造的骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣，其中還額外添加了硅和鋅以增強(qiáng)其強(qiáng)度。當(dāng)它被植入人體內(nèi)之后，可以暫時(shí)起到支撐骨骼的作用，并在此過(guò)程中幫助正常的骨骼細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育，由此修復(fù)之前的損傷，這種材料最終可以在人體內(nèi)自然溶解。科學(xué)家們花費(fèi)了4年時(shí)間才找出這種合適的材料配方，使用的技術(shù)涉及到化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)和工藝科學(xué)等諸多學(xué)科。
美國(guó)德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過(guò)對(duì)化石進(jìn)行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適用于學(xué)術(shù)研究的3D化石模型。模型不但保留了原化石所有的外在特征，同時(shí)還能按比例縮減，更適合研究使用。在微軟的3D模型打印車間中，當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)之后，用3D打印機(jī)制作模型，能讓設(shè)計(jì)制造部門更好地改良產(chǎn)品，從而打造出更出色的產(chǎn)品。
博物館里常常會(huì)用很多復(fù)雜的替代品來(lái)保護(hù)原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時(shí)復(fù)制品也能讓藝術(shù)或文物有機(jī)會(huì)影響更多的人。因?yàn)橥旭R斯·杰斐遜雕像的原件要送到弗吉尼亞州展覽，史密森尼博物館就將一個(gè)巨大的3D打印替代品放在了雕像原來(lái)所在的位置。
在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印建筑模型的思路。這種方法快速、成本低、環(huán)保，而且模型制作精美，完全合乎設(shè)計(jì)者的要求，還能節(jié)省大量材料。制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因?yàn)閺哪承┓矫鎭?lái)說(shuō)，3D打印在成本、速度和精確度上都比傳統(tǒng)制造好很多。
現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)開(kāi)始嘗試用巧克力做原材料來(lái)打印了。或許在不久的將來(lái)，很多看起來(lái)一模一樣的食品就是用3D食品打印機(jī)“打印”出來(lái)的。當(dāng)然，這種打印食品的售價(jià)可能會(huì)比傳統(tǒng)食品貴很多倍。
汽車行業(yè)中同樣有3D打印機(jī)發(fā)揮作用的領(lǐng)域。并不是說(shuō)汽車可以直接用3D打印機(jī)打印出來(lái)（或許未來(lái)這也是有可能的），但汽車制造商在進(jìn)行安全性測(cè)試等工作時(shí)，可以將一些非關(guān)鍵部件用3D打印出的產(chǎn)品替代，在獲得效率的同時(shí)降低成本。
一位名叫恩里科·迪尼（Enrico Dini）的發(fā)明家稱，他已經(jīng)與建筑大師諾曼·福斯特（Norman Foster）和阿爾塔空間公司（Alta Space）的科學(xué)家進(jìn)行過(guò)討論，希望能設(shè)計(jì)出一種可以用月球塵土做原材料的打印機(jī)。屆時(shí)，就可以在月球上用這種打印機(jī)快速建造出人類的月球基地。
預(yù)計(jì)到2050年，3D打印技術(shù)將能制造出飛機(jī)。據(jù)飛機(jī)制造商空中客車公司（Airbus）的設(shè)計(jì)師透露，該公司的3D打印飛機(jī)計(jì)劃預(yù)計(jì)可在2050年前變成現(xiàn)實(shí)。據(jù)《福布斯》雜志報(bào)導(dǎo)，此計(jì)劃會(huì)使用體積為機(jī)庫(kù)大小的3D打印機(jī)制造飛機(jī)零件。空中客車公司的員工巴斯蒂安·謝弗（Bastian Schafer）描述了他的構(gòu)想：這架飛機(jī)長(zhǎng)80米，曲面機(jī)身由透明材質(zhì)制成，乘坐這種飛機(jī)的乘客會(huì)感到自己彷佛正在云端翱翔。
行業(yè)現(xiàn)狀
如果未來(lái)3D打印技術(shù)能走進(jìn)我們的生活，將提供無(wú)數(shù)的商業(yè)機(jī)會(huì)，包括3D打印設(shè)備制造、打印材料制造、應(yīng)用軟件和服務(wù)等。環(huán)顧我們生活中的四周，絕大部分消費(fèi)品都可以用3D打印技術(shù)制造。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，到2015年，3D打印行業(yè)的市場(chǎng)容量至少可達(dá)到1600億美元。
3D打印產(chǎn)業(yè)分為3D打印設(shè)備制造、材料制造和相關(guān)的應(yīng)用軟件和服務(wù)三個(gè)部分。3D打印機(jī)是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，無(wú)論是家用的桌面3D打印機(jī)還是制造業(yè)使用的3D打印機(jī)的需求量都會(huì)大大增加。在這個(gè)領(lǐng)域，未來(lái)會(huì)呈現(xiàn)傳統(tǒng)巨頭與新興企業(yè)并存的局面。在消費(fèi)市場(chǎng)，各種打印材料的性質(zhì)完全不同，制作出的產(chǎn)品也可能無(wú)奇不有；而在工業(yè)市場(chǎng)中，可能每一個(gè)項(xiàng)目都要由不同的3D打印機(jī)來(lái)完成。因此，3D打印設(shè)備制造商將面臨非常細(xì)的市場(chǎng)區(qū)分和極高的定制要求。
現(xiàn)在這個(gè)行業(yè)還未出現(xiàn)明確的領(lǐng)導(dǎo)者，參與者有一直從事3D打印的科技公司，也有惠普這樣的傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭。目前3D打印機(jī)與傳統(tǒng)噴墨打印機(jī)可以說(shuō)是一脈相承，但隨著技術(shù)的發(fā)展，兩者可能會(huì)體現(xiàn)出越來(lái)越多的區(qū)別，也可能有越來(lái)越多的企業(yè)進(jìn)入這個(gè)行業(yè)。
在3D打印材料制造領(lǐng)域，將誕生專業(yè)的材料提供商。打印材料是3D打印產(chǎn)業(yè)的核心部分之一，材料技術(shù)的發(fā)展水平直接決定著3D打印機(jī)的制造能力，決定著打印出的產(chǎn)品能否完全取代傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品。材料制造商追求的目標(biāo)是：更好的材料質(zhì)量，與之匹配的打印技術(shù)，像現(xiàn)在的打印機(jī)墨盒一般廉價(jià)且方便使用。
目前，打印材料制造行業(yè)的主要參與者還是各家設(shè)備制造商。但與傳統(tǒng)打印行業(yè)耗材單一、技術(shù)含量不高的特點(diǎn)不同的是，3D打印需要使用各種高技術(shù)材料。因此，專業(yè)的材料提供商未來(lái)也必然會(huì)成為這個(gè)行業(yè)中的重要成員。
與3D打印相關(guān)的應(yīng)用軟件與服務(wù)的需求潛力十足，其市場(chǎng)之大可能超出想象。應(yīng)用軟件用于控制3D打印機(jī)，軟件使用平臺(tái)的易用性對(duì)3D打印產(chǎn)業(yè)有巨大影響。現(xiàn)在的3D建模軟件較為復(fù)雜，售價(jià)昂貴而且普通用戶難于使用。如果能讓用戶快速、方便地建立自己需要的模型，比如在平板電腦、智能手機(jī)等平臺(tái)上開(kāi)發(fā)各種與3D打印有關(guān)的應(yīng)用，讓消費(fèi)者能隨時(shí)隨地打印出自己的靈感，3D打印的需求肯定會(huì)迅速提升。在這方面，總部位于荷蘭的創(chuàng)新制造公司Shapeways提供了一個(gè)很好的模式：消費(fèi)者將3D模型圖甚至是2D圖片上傳到公司網(wǎng)站，公司就能制造出相應(yīng)的飾品，然后郵寄到消費(fèi)者手中。消費(fèi)者甚至還可以在網(wǎng)上出售自己創(chuàng)造的3D模型。
3D打印在國(guó)內(nèi)外都得到了高度重視，機(jī)器本身并不是技術(shù)推廣的難點(diǎn)，但其是否會(huì)成為未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展方向，仍需要時(shí)間檢驗(yàn)。但可以確定的是，在軍工、航天、科研等不在意投入產(chǎn)出比的行業(yè)中，3D打印已經(jīng)得到了很多的重視。從3D打印產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，未來(lái)有很多方面都具有發(fā)展?jié)摿Γ?/p>
在輸入端，3D圖紙?jiān)O(shè)計(jì)最具有發(fā)展?jié)摿Αo(wú)論三維打印發(fā)展到何種地步，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)都是無(wú)法取代的。此外，三維設(shè)計(jì)軟件、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)服務(wù)、掃描軟件以及掃描設(shè)備制造領(lǐng)域都可能有較大的發(fā)展。
在制造端，與打印機(jī)相關(guān)的行業(yè)都有發(fā)展?jié)摿ΑＷ鳛樾袠I(yè)的核心，3D打印機(jī)生產(chǎn)的發(fā)展已基本走上正軌。例如，3D System公司研發(fā)了應(yīng)用于不同行業(yè)的使用不同材料的打印機(jī)，凈利潤(rùn)率可達(dá)到15%左右。目前來(lái)看，3D打印機(jī)的瓶頸仍然是多種混合材料打印，如果能夠發(fā)現(xiàn)更多成本低、易于應(yīng)用的打印材料，可極大地?cái)U(kuò)展3D打印的應(yīng)用。
在服務(wù)端，3D打印服務(wù)同樣具有發(fā)展?jié)摿Α４蛴》?wù)目前在美國(guó)已有應(yīng)用，建立的連鎖打印服務(wù)機(jī)構(gòu)不免讓人想起當(dāng)年的柯達(dá)彩印店；日本也推出了根據(jù)孕婦B超結(jié)果打印胎兒模型的服務(wù)。將類似的應(yīng)用推而廣之不難發(fā)現(xiàn)，打印服務(wù)必然擁有廣闊的市場(chǎng)。
中國(guó)的3D打印市場(chǎng)
成立于2009年的杭州銘展網(wǎng)絡(luò)科技公司是3D 打印機(jī)的生產(chǎn)者和商。公司是三維立體打印機(jī)生產(chǎn)商3D Systems 部分產(chǎn)品的中國(guó)區(qū)服務(wù)商，同時(shí)也基于開(kāi)源3D打印技術(shù)制造出了個(gè)人3D打印機(jī)系列，發(fā)展目標(biāo)是批量生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型家用打印機(jī)，以方便設(shè)計(jì)師、工程師、科技人員甚至普通愛(ài)好者的使用。此外，銘展還建立了“我愛(ài)3D”設(shè)計(jì)作品分享社區(qū)，讓更多人參與3D打印作品的創(chuàng)新和分享。
南京寶巖自動(dòng)化有限公司自主研發(fā)了3D打印機(jī)，既有可打印手機(jī)座、茶杯、梳子等生活用品的家用型版本，也有冰柜大小的大型彩色3D打印機(jī)，可用于打印齒輪、螺帽及零部件等模型，市場(chǎng)售價(jià)在1萬(wàn)～25萬(wàn)元之間。
實(shí)威國(guó)際的總部位于臺(tái)北，這家軟硬件及顧問(wèn)服務(wù)解決方案提供商經(jīng)營(yíng)3D打印機(jī)相關(guān)軟件，其產(chǎn)品涉及3D設(shè)計(jì)軟件、3D產(chǎn)品文件編寫(xiě)，可以加強(qiáng)客戶建立2D、3D圖檔和動(dòng)畫(huà)的能力。在2012年8月舉辦的臺(tái)北國(guó)際模具暨模具制造設(shè)備展上，實(shí)威國(guó)際展出了Solidworks系列軟件，這種3D 產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件可以幫助制造業(yè)企業(yè)縮短研發(fā)時(shí)間。
最近幾年，3D打印的曝光度越來(lái)越高，3D打印房屋、3D打印汽車等3D打印產(chǎn)品的橫空出現(xiàn)，不僅引起民眾的廣泛關(guān)注，更是使得3D打印成為投資資金的新寵，銀邦股份、中航重機(jī)、華中數(shù)控等3D打印概念股表現(xiàn)大好。實(shí)際上，3D打印并非新鮮事物，早在20世紀(jì)80年代就有專門的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)從事3D打印設(shè)備、材料、產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)制造。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，3D打印已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、軍事、建筑、影視、家電輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域取得技術(shù)突破并得到初步應(yīng)用。雖然目前全球3D打印市場(chǎng)份額只占整個(gè)制造業(yè)的0.02%，但是隨著3D打印技術(shù)和材料的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域必將不斷拓展，應(yīng)用規(guī)模將不斷擴(kuò)大。2012年，全球3D打印設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為22.04億美元，同比增長(zhǎng)28.6%，預(yù)計(jì)到2017年將達(dá)到50億美元，到2020年將達(dá)到108億美元。
工業(yè)4.0背景下3D打印必受政策熱捧
3D打印技術(shù)完美地契合了工業(yè)4.0制造智能化、資源效率化和產(chǎn)品人性化的理念，因此成為廣大國(guó)家發(fā)展的重點(diǎn)。2012年，奧巴馬針對(duì)美國(guó)制造業(yè)提出了一系列發(fā)展方案，將3D打印列為11項(xiàng)重要技術(shù)之一，并聯(lián)合研發(fā)機(jī)構(gòu)、高等院校、制造商，建立了國(guó)家3D打印研究所。3D打印是一場(chǎng)制造技術(shù)的革命，對(duì)中國(guó)制造業(yè)升級(jí)至關(guān)重要。我國(guó)從20世紀(jì)90年代起研發(fā)3D打印技術(shù)，目前，清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京隆源公司等研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)，已經(jīng)在3D打印設(shè)備和材料領(lǐng)域取得一定研究成果。2012年10月，中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，2013年，中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心（南京、濰坊、珠海）相繼成立。2013年，3D打印入選國(guó)家“863”計(jì)劃，國(guó)家將提供4000萬(wàn)人民幣作為研究基金來(lái)支持3D打印核心技術(shù)的發(fā)展，北京將投入15億人民幣支持3D打印技術(shù)。2015年2月，工信部下發(fā)《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》，對(duì)3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了整體計(jì)劃，未來(lái)相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的出臺(tái)在預(yù)料之中。
定制化生產(chǎn)制造是3D打印主要發(fā)展方向
基于3D打印低成本定制化的優(yōu)勢(shì)，航空工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和個(gè)人消費(fèi)是其最具潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。“十三五”期間，我國(guó)3D打印將率先在航空工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。2013年1月，“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，我國(guó)成為世界上第二個(gè)掌握飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形及技術(shù)的國(guó)家、世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構(gòu)件制造且付諸實(shí)用的國(guó)家，航空部門和汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域是該類3D打印技術(shù)最能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，未來(lái)幾年其應(yīng)用將步入快速成長(zhǎng)期。
3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用初步顯現(xiàn)，目前正在探索的應(yīng)用主要有假牙和假肢，當(dāng)3D打印技術(shù)與醫(yī)學(xué)影像建模、仿真技術(shù)結(jié)合之后，還能夠在人工假體、植入體、人工組織器官的制造方面得到廣泛應(yīng)用。隨著打印設(shè)備和打印材料技術(shù)的進(jìn)一步突破、成本的進(jìn)一步下降，3D打印在個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域（食品、藝術(shù)品、個(gè)性化物品等）也將得到進(jìn)一步發(fā)展。“十三五”期間，3D打印將深刻影響制造企業(yè)的生產(chǎn)方式，引領(lǐng)制造業(yè)從標(biāo)準(zhǔn)化和精益化生產(chǎn)步入定制化生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)“十三五”的夯實(shí)發(fā)展，到“十四五”期間，借助網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，我國(guó)有望初步形成以“個(gè)體創(chuàng)意+社區(qū)共建+云制造”為代表的新的制造業(yè)模式。
3D打印產(chǎn)業(yè)化發(fā)展尚需突破四大瓶頸
從中長(zhǎng)期看來(lái)，3D打印產(chǎn)業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產(chǎn)業(yè)距離成熟階段尚有較大距離，理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感，短期內(nèi)對(duì)于3D打印的發(fā)展不宜過(guò)分高估。3D打印欲實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，需要突破技術(shù)成本、打印材料、產(chǎn)品質(zhì)量、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)等四大瓶頸。技術(shù)成本方面，以3D打印機(jī)為例，其造價(jià)昂貴，大多桌面級(jí)3D打印機(jī)售價(jià)2萬(wàn)元人民幣左右，國(guó)內(nèi)的仿制品價(jià)格可以低到6000元以下，但質(zhì)量難以保證。打印材料方面，3D打印材料多采用化學(xué)聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在隱患，另外材料的價(jià)格也偏高，亟需豐富材料品種、降低材料價(jià)格。產(chǎn)品質(zhì)量方面，許多3D打印產(chǎn)品精度還不盡人意，打印效率還遠(yuǎn)不適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化需求，而且受工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴(yán)重沖突。社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)方面，3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)使得假冒、仿造變得更加容易，不在知識(shí)產(chǎn)權(quán)等方面提前做好應(yīng)對(duì)，3D打印技術(shù)的泛濫將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。
2011年的3月，一直埋頭研發(fā)新型3D打印機(jī)耗材的許小曙突然被尖厲的“紅色警報(bào)”驚醒。這位當(dāng)時(shí)已經(jīng)57歲的應(yīng)用數(shù)學(xué)與材料科學(xué)博士，發(fā)現(xiàn)自己雄心勃勃?jiǎng)?chuàng)建的華曙高科，陷入危急時(shí)刻——全新3D打印機(jī)和耗材都未能研發(fā)成功；公司運(yùn)行一年半以來(lái)幾乎沒(méi)有任何收入，但已燒掉約1200萬(wàn)元現(xiàn)金；來(lái)自房地產(chǎn)行業(yè)的投資者已經(jīng)失去信心，決定撤資。
這樣糟糕的狀況與許小曙之前的設(shè)想完全不同。2009年從全球規(guī)模最大的3D打印設(shè)備制造商3D Systems辭去技術(shù)總監(jiān)職務(wù)后，許小曙孤身一人回國(guó)創(chuàng)建了華曙高科。他堅(jiān)信華曙高科將成為全球最重要的3D打印機(jī)公司之一，在全球市場(chǎng)成為3D Systems最有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。許小曙不能允許自己的夢(mèng)想就這樣破滅。
經(jīng)過(guò)冷靜分析，許小曙決定首先解決產(chǎn)品研發(fā)的問(wèn)題。一旦3D打印機(jī)和打印耗材盡快推出，不僅能夠提振士氣，讓投資者看到公司發(fā)展的未來(lái)，還能讓公司在短期內(nèi)改善財(cái)務(wù)狀況。
當(dāng)時(shí)3D打印機(jī)的開(kāi)發(fā)已進(jìn)入后期，許小曙有90%的把握盡快拿出最終產(chǎn)品。真正的技術(shù)難題是從公司成立第一天就開(kāi)始研發(fā)的3D打印機(jī)耗材。這種類似于“墨汁”的打印耗材才是華曙高科的核心產(chǎn)品，但其研發(fā)工作卻陷入一團(tuán)亂麻。根據(jù)3D打印的工作原理，這種“激光粉末燒結(jié)”技術(shù)使用的材料，是一種粉末狀材料。這些粉末在一定熔點(diǎn)下融化，按照數(shù)字控制技術(shù)疊加成需要“打印”成型的物品。但在研發(fā)過(guò)程中，這種材料的熔點(diǎn)總是忽高忽低無(wú)法控制。第一批制造出來(lái)的耗材熔點(diǎn)為178攝氏度，一個(gè)月后第二批生產(chǎn)的耗材熔點(diǎn)就漲到186攝氏度。不僅如此，某些批次試制出的耗材在力學(xué)性能上也無(wú)法達(dá)到要求。
許小曙決心從頭梳理打印機(jī)耗材的研發(fā)過(guò)程，查找可能影響產(chǎn)品性能的重要問(wèn)題。這種打印機(jī)粉末耗材，是一種化學(xué)聚合物。研發(fā)之初，為保證材料質(zhì)量，許小曙特意從經(jīng)銷商那里購(gòu)買了最好的進(jìn)口化學(xué)材料作為母材。但最終他發(fā)現(xiàn)，恰恰是這些進(jìn)口材料差點(diǎn)拖垮了他的公司。
事實(shí)上，因?yàn)榇蠖鄶?shù)國(guó)內(nèi)用戶對(duì)價(jià)格很敏感，一些材料經(jīng)銷商就會(huì)進(jìn)口一批質(zhì)量有瑕疵的“尾貨”降低成本。這些“尾貨”材料因?yàn)樯a(chǎn)批次不同，所以材料的質(zhì)量瑕疵也各不相同。這就導(dǎo)致了許小曙在材料開(kāi)發(fā)過(guò)程中，總會(huì)遇到?jīng)]有規(guī)律的性能問(wèn)題。即便當(dāng)初他曾擔(dān)心過(guò)材料問(wèn)題，特意更換過(guò)幾家經(jīng)銷商，也沒(méi)能擺脫原材料質(zhì)量帶來(lái)的問(wèn)題。
于是許小曙決心嘗試用國(guó)產(chǎn)化工材料開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，由于國(guó)內(nèi)并不能生產(chǎn)他需要的尼龍材料，這就迫使許小曙尋找新材料來(lái)代替。“我決定干脆不搞尼龍絲材料了，而是尋找一種類似尼龍的材料，反而走出一條新路。”許小曙告訴《時(shí)間線》，“從專利和知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面來(lái)說(shuō)，這種材料與很多現(xiàn)有產(chǎn)品沒(méi)有任何沖突。我們?yōu)橛脩籼峁┝艘环N新材料。這款材料又是以蓖麻油為原料，是一種可再生能源。”
這種原材料的開(kāi)發(fā)也耗費(fèi)了許小曙很多精力。因?yàn)樵S小曙需要的這種化工原材料，需要一種全新成份的配比，這是合作材料制造商從來(lái)沒(méi)有生產(chǎn)過(guò)的。華曙高科的技術(shù)人員和材料制造商一起經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才把材料配比確定下來(lái)。與此同時(shí)，許小曙不僅與合伙人幾次面對(duì)面詳細(xì)溝通解釋公司的發(fā)展前景和商業(yè)模式，還利用自己的政府資源和朋友關(guān)系，讓合伙人相信公司的發(fā)展前景。看到3D打印機(jī)和耗材都即將研發(fā)成功，合伙人最終選擇留下來(lái)。許小曙用了近一年的時(shí)間終于把自己的公司從崩盤(pán)邊緣拉了回來(lái)。
新冒險(xiǎn)
許小曙1990年畢業(yè)于美國(guó)科羅拉多礦業(yè)大學(xué)，獲得了應(yīng)用數(shù)學(xué)與材料科學(xué)博士學(xué)位。1997至2009年先后在美國(guó)Trilogy、3D Systems、Solid Concepts公司擔(dān)任軟件開(kāi)發(fā)總工程師和技術(shù)總監(jiān)等職務(wù)。在3D Systems，許小曙參與了SLS（選擇性激光粉末燒結(jié)）技術(shù)的開(kāi)發(fā)，是該技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中最為重要的原創(chuàng)者之一，他也因此成為3D打印技術(shù)全球頗具權(quán)威的技術(shù)專家。
在3D Systems工作多年后，許小曙與公司管理層在產(chǎn)品策略上出現(xiàn)了很大的分歧。3D Systems長(zhǎng)期以來(lái)一直以銷售工業(yè)級(jí)設(shè)備為主，隨著公司的產(chǎn)品線和規(guī)模逐漸增大，管理層決定效仿打印機(jī)市場(chǎng)，在自己的設(shè)備上通過(guò)芯片監(jiān)控等技術(shù)，強(qiáng)制3D打印機(jī)用戶們只能使用3D Systems銷售的打印耗材，從而通過(guò)售價(jià)不菲的打印耗材賺錢了豐厚利潤(rùn)。
“從用戶的角度來(lái)看，這樣做并不好，并且限制了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)、限制了3D打印技術(shù)的發(fā)展。不應(yīng)該在現(xiàn)有市場(chǎng)里考慮怎么多賺用戶的錢，而是應(yīng)該想辦法把這個(gè)市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大。”許小曙告訴《時(shí)間線》，“現(xiàn)在限制3D打印發(fā)展的主要因素，并非技術(shù)方面的不足，而是成本過(guò)高。設(shè)備和材料成本降下來(lái)，才能推動(dòng)市場(chǎng)的發(fā)展。”但由于公司已在納斯達(dá)克上市，3D Systems管理層更關(guān)心的是財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)如何能變得更好看，所以認(rèn)為這樣的銷售策略十分正確。
許小曙回憶，3D Systems一些3D打印機(jī)中的零件，樣機(jī)制造時(shí)都使用公司自己的3D打印機(jī)打印生產(chǎn)的。但當(dāng)產(chǎn)品正式上市時(shí)，因?yàn)榇蛴〕杀具^(guò)高，公司還是要去開(kāi)模具進(jìn)行傳統(tǒng)制造。要知道這種工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)的產(chǎn)量并不大。而像航空、醫(yī)療等行業(yè)的企業(yè)用戶，正是需要3D打印機(jī)來(lái)直接小批量生產(chǎn)零件。根據(jù)許小曙的估算，目前國(guó)際市場(chǎng)中，使用3D Systems 3D打印機(jī)的情況下，耗材在打印成本中的占比達(dá)到1/3。這種情況使得不少企業(yè)用戶與3D Systems等3D打印機(jī)制造商產(chǎn)生了矛盾。許小曙也正是從用戶對(duì)現(xiàn)狀的不滿中看到了市場(chǎng)機(jī)會(huì)。
2008年許小曙回到老家長(zhǎng)沙參加母校湘潭大學(xué)50周年校慶，很多同學(xué)知道他在3D打印領(lǐng)域的成就后，都勸他利用中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型的機(jī)會(huì)在中國(guó)創(chuàng)建自己的公司。當(dāng)時(shí)全家都已遷至美國(guó)的許小曙并沒(méi)有回國(guó)創(chuàng)業(yè)的想法，笑著同意讓同學(xué)們幫助尋找投資者。2009年3月許小曙利用假期到湘潭大學(xué)進(jìn)行講座，就在返美前一天，一位同學(xué)打電話告訴許小曙，有人想投資他在國(guó)內(nèi)創(chuàng)辦3D打印機(jī)公司。抱著試試看的心態(tài)，許小曙趕去和他們見(jiàn)面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)方是一位希望進(jìn)軍科技行業(yè)的房地產(chǎn)公司的老板，對(duì)技術(shù)一竅不通。于是許小曙只是大致介紹了一下3D打印技術(shù)，并留給他一些相關(guān)資料。第二天他就匆匆返回了美國(guó)。
在許小曙離開(kāi)后，這位房地產(chǎn)公司老板帶著拿到的資料，到清華大學(xué)等不少高校找專家咨詢了3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀和市場(chǎng)前景。在總體上得到了積極正面的反饋后，他打電話給許小曙希望兩人一起在國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)。此時(shí)許小曙動(dòng)心了。
決心創(chuàng)業(yè)的許小曙很快就回到長(zhǎng)沙，約見(jiàn)了4、5個(gè)投資者。而在這段大約兩周的時(shí)間里，之前希望與許小曙合作的房地產(chǎn)老板也趕到長(zhǎng)沙，天天晚上和許小曙一起吃飯、討論3D打印的市場(chǎng)狀況和前景。許小曙被打動(dòng)了，他最終同意與這位不懂技術(shù)但態(tài)度誠(chéng)懇的房地產(chǎn)商共同創(chuàng)建3D打印機(jī)公司。于是華曙高科在2010年9月正式注冊(cè)成立，第二年1月許小曙辭去了美國(guó)所有工作在長(zhǎng)沙開(kāi)始了自己新冒險(xiǎn)。
華曙高科創(chuàng)建時(shí)包括許小曙在內(nèi)一共只有6位員工，在一間80平米的寫(xiě)字樓房間開(kāi)始了新材料的研發(fā)工作。后來(lái)隨著研發(fā)的推進(jìn)，需要購(gòu)買一些試驗(yàn)和生產(chǎn)設(shè)備，許小曙就在長(zhǎng)沙找到一間廠房，在其中隔出一塊場(chǎng)地用來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。3D打印技術(shù)對(duì)技術(shù)人員的要求較高，需要有機(jī)械、電子、光學(xué)、熱學(xué)、化工等多方面的綜合知識(shí)，當(dāng)時(shí)華曙高科這家小公司很難找到適合的人才。于是許小曙就全部招聘本科、碩士應(yīng)屆畢業(yè)生，白天一起進(jìn)行研發(fā)工作，晚上他就給這些年輕人上課培訓(xùn)。在辦公室、廠房等方面控制成本的許小曙，在人才培養(yǎng)方面舍得花錢。他邀請(qǐng)很多外國(guó)專家到公司給年輕人講課。最夸張的一次是請(qǐng)一位機(jī)械控制領(lǐng)域的美國(guó)專家在公司開(kāi)課50天。這位專家每天的價(jià)格是1000美元。當(dāng)時(shí)正好是華曙高科3D打印機(jī)第一臺(tái)測(cè)試樣機(jī)的組裝、調(diào)試階段，這位機(jī)械控制專家和華曙高科的年輕人一起完成了最后階段的工作。
材料為王
許小曙認(rèn)為真正推動(dòng)3D打印技術(shù)發(fā)展的是打印所用的材料，尼龍絲、金屬粉末……每次新類型打印耗材的出現(xiàn)都使3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越。而他自己正是在粉末燒結(jié)技術(shù)方面有很多積累。但想要從3D Systems手中搶奪用戶，僅僅有新型材料是不夠的。許小曙還需要提供可以使用新型材料的3D打印機(jī)。而且很多企業(yè)用戶正對(duì)現(xiàn)有的封閉3D打印機(jī)系統(tǒng)心懷不滿。所以許小曙的商業(yè)模式就是銷售開(kāi)放式的3D打印機(jī)和耗材整套產(chǎn)品，華曙高科的3D打印機(jī)屬于工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，一臺(tái)售價(jià)近200萬(wàn)元人民幣，除了自己制造的打印耗材外，也可以使用其他公司生產(chǎn)的耗材。華曙高科2013年3D打印機(jī)的銷量目標(biāo)是30臺(tái)。“目前來(lái)說(shuō)，技術(shù)比較簡(jiǎn)單的桌面系統(tǒng)不是我的強(qiáng)項(xiàng)。華曙高科的3D打印機(jī)是工業(yè)級(jí)別，直接為醫(yī)療、航空等行業(yè)服務(wù)的設(shè)備。這是我的目標(biāo)。”許小曙對(duì)《時(shí)間線》表示。
事實(shí)上，美國(guó)很多大公司都喜歡在3D打印機(jī)上使用自己研發(fā)材料。不僅可以降低成本，更重要的是可以和公司的應(yīng)用要求緊密結(jié)合。例如波音公司，對(duì)3D打印材料就有特殊的防火性能要求。華曙高科的3D打印機(jī)的一大賣點(diǎn)就是開(kāi)放性。目前在工業(yè)級(jí)市場(chǎng)中，許小曙認(rèn)為國(guó)內(nèi)他沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，而國(guó)際市場(chǎng)中，只有華曙高科的3D打印機(jī)是開(kāi)放系統(tǒng)，幾乎壟斷該市場(chǎng)的兩家大公司產(chǎn)品都是封閉的，而且3D打印機(jī)和打印耗材的價(jià)格都約是華曙高科的一倍。
許小曙向所有客戶承諾，這家公司的產(chǎn)品永遠(yuǎn)保持開(kāi)放，并因此贏得了不少企業(yè)用戶的青睞。華曙高科的第一臺(tái)3D打印機(jī)已被一家美國(guó)公司買走。如今公司規(guī)模已有62人，其3D打印機(jī)2012年9月上市銷售，3個(gè)月內(nèi)就賣掉了4臺(tái)。化工巨頭巴斯夫也已表現(xiàn)出購(gòu)買意向，因?yàn)檫@種開(kāi)放式打印機(jī)可以讓它擺脫限制，通過(guò)華曙高科的打印機(jī)來(lái)開(kāi)發(fā)各種適用于3D打印機(jī)的耗材材料。
目前華曙高科的訂單主要來(lái)自美國(guó)，國(guó)內(nèi)公司對(duì)華曙高科的3D打印機(jī)感興趣的很多，但真正下單寥寥無(wú)幾。許小曙表示，對(duì)此他早有思想準(zhǔn)備。他知道一種全新技術(shù)，在取代傳統(tǒng)成熟技術(shù)的過(guò)程中，用戶都會(huì)有從觀望、嘗試到購(gòu)買的過(guò)程。為此，華曙高科特意成立一個(gè)規(guī)模較大的打印服務(wù)部門。對(duì)于那些對(duì)3D打印感興趣但尚存疑慮的用戶，華曙高科就讓對(duì)方先把圖紙發(fā)過(guò)來(lái)，然后免費(fèi)幫助他們打印價(jià)格，用最終的產(chǎn)品逐步說(shuō)服客戶。
原理：用計(jì)算機(jī)“堆砌”出物品
3D打印技術(shù)的原理非常簡(jiǎn)單：就是用蓋房子的方法，把一件東西精確地“堆砌”出來(lái)。
首先需要用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（CAD）對(duì)要打印的物件進(jìn)行三維建模（3D建模），之后用軟件對(duì)虛擬的這個(gè)立體模型進(jìn)行分層，以便于3D打印的分層打印。完成分層模型文件的制作后，將文件傳輸給3D打印機(jī)，3D打印機(jī)隨即使用其裝載的原材料（比如液體，粉末或者是板材）開(kāi)始一層一層地“堆砌”，最終完成物件制造。不過(guò)，這個(gè)打印過(guò)程只是打印出一個(gè)“毛坯”，打印出來(lái)的東西要比初始設(shè)計(jì)的原樣稍微大一些，隨后還需要進(jìn)一步精細(xì)加工，通過(guò)銑、磨等方式，去掉多余的部分，使最終零件的尺寸和表面質(zhì)量等都達(dá)到初始設(shè)計(jì)的要求。
分析整個(gè)3D打印過(guò)程不難發(fā)現(xiàn)，3D打印機(jī)的材料使用、機(jī)器大小都在限制打印物品的材質(zhì)、性能和大小。目前市面上可以買到的最便宜的3D打印機(jī)價(jià)格在1萬(wàn)元左右，其加工精度只有米級(jí)，用來(lái)加工門板之類尚可，若用它來(lái)打印牙簽，打出來(lái)的只能還是門板。而要制造那些厘米級(jí)的精細(xì)物件，則需要百萬(wàn)元以上價(jià)格的3D打印機(jī)。
應(yīng)用：幾乎涵蓋三百六十行
3D打印技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是省去了加工和組裝的過(guò)程，以往生產(chǎn)一些物件特別是工業(yè)制品的時(shí)候，由于這些制品往往形狀不規(guī)則，有棱有角有分叉，使用傳統(tǒng)切削工藝會(huì)浪費(fèi)很多原材料；而用鑄造工藝制造，精度又達(dá)不到要求；如果分段建造并組裝，強(qiáng)度又不夠，而3D打印技術(shù)可以一次成型，保證整體強(qiáng)度，同時(shí)其初始精度雖然還需要深加工，但是已經(jīng)遠(yuǎn)超鑄造工藝，因此被廣泛用于樣機(jī)研究、建筑、工業(yè)設(shè)計(jì)、軍事、工程等領(lǐng)域。我國(guó)航空航天領(lǐng)域的不少難題都是用3D打印技術(shù)成功突破的。而荷蘭阿姆斯特丹建筑大學(xué)的設(shè)計(jì)師們于今年1月已經(jīng)開(kāi)始打印全球第一座打印建筑物了。
除此之外，醫(yī)療、時(shí)尚、珠寶、教育和食品等領(lǐng)域也開(kāi)始使用3D打印技術(shù)。在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)為復(fù)制人體代用器官提供了更為精細(xì)的選項(xiàng)，比利時(shí)和荷蘭科學(xué)家聯(lián)手用3D打印為一位83歲女性打印出了人造下顎，德國(guó)一家公司使用3D打印技術(shù)制造出了人體血管。前不久，浙江龍泉的藝人用3D打印技術(shù)打印出了精細(xì)的青瓷工藝品，其加工精度與優(yōu)秀大師的作品不相上下。還有一家美國(guó)公司嘗試采用3D打印技術(shù)制造豬肉，目前生產(chǎn)出的第一片豬肉幾乎與普通豬肉一樣。
前景：三大瓶頸有待突破
3D打印技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。但是它要想一飛沖天，還需要突破幾個(gè)瓶頸。
首先是材料的瓶頸。3D打印使用的材料或者是粉末，或者是融化的材料，包括鈦合金、光敏材料等，目前價(jià)格都非常高，難以推廣。另外，這些可融化材料的熔點(diǎn)都較低，因此3D打印出來(lái)的部件不能用于高溫環(huán)境，這大大限制了3D打印的應(yīng)用范圍。2012年美國(guó)一個(gè)工程師在自己家里用3D打印機(jī)制造了一個(gè)步槍零件，這個(gè)樹(shù)脂步槍零件與真實(shí)步槍零件相差無(wú)幾，但是如果真用這個(gè)3D打印零件替換真槍零件，打上幾發(fā)子彈后它就要被高溫?zé)g掉，而真槍零件可是能承受上萬(wàn)發(fā)子彈射擊的。
其次是推廣的瓶頸。目前3D打印機(jī)低端產(chǎn)品不少，加工精度在米級(jí)上下，而高端產(chǎn)品才能體現(xiàn)3D打印精細(xì)化和一次成型的優(yōu)勢(shì)，但是目前這些高端3D打印機(jī)的價(jià)格至少幾百萬(wàn)元一臺(tái)，幾千萬(wàn)元或者上億元的機(jī)器也有。高昂的價(jià)格使3D打印機(jī)無(wú)法大規(guī)模投入生產(chǎn)。而且目前使用金屬材料進(jìn)行3D打印的制造效率不高，每小時(shí)只能“堆砌”100到3000克左右，對(duì)于動(dòng)輒幾百公斤的部件來(lái)說(shuō)，這個(gè)制造速度太慢了。
再次是設(shè)計(jì)的瓶頸。3D打印的核心之一就是計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際物品進(jìn)行三維創(chuàng)作。應(yīng)付簡(jiǎn)單構(gòu)造的物品還可以，遇到復(fù)雜的物體，比如大腦等人體器官，由于人類本身對(duì)其的認(rèn)識(shí)水平都十分有限，3D打印技術(shù)就愛(ài)莫能助了。在3D打印技術(shù)的北京體驗(yàn)館，觀眾可以在現(xiàn)場(chǎng)打印出自己的三維模型，但是這個(gè)模型僅僅只是個(gè)空殼，無(wú)法體現(xiàn)人體內(nèi)部機(jī)能。
制造業(yè)
在3D打印發(fā)展之初，其應(yīng)用僅局限在原型制作或工藝品打印。隨著3D打印技術(shù)的日趨成熟，在汽車、航空、醫(yī)療、教育、電子消費(fèi)品等領(lǐng)域有了更為廣泛的應(yīng)用。其中3D打印在航空和汽車領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，而生物醫(yī)療則成為了最近3D打印研究的熱門領(lǐng)域。
汽車行業(yè)
汽車制造商可以算作是增材制造技術(shù)的最早使用者之一，過(guò)去幾十年汽車制造商多將3D打印技術(shù)應(yīng)用于小批量原型制造。最近幾年，各大汽車制造商開(kāi)始加大3D打印技術(shù)使用步伐，向更高價(jià)值的應(yīng)用轉(zhuǎn)變，3D打印在汽車行業(yè)的應(yīng)用正在從用于最終檢查和設(shè)計(jì)驗(yàn)證的相對(duì)簡(jiǎn)單的概念模型，演進(jìn)到用于測(cè)試車輛、發(fā)動(dòng)機(jī)和平臺(tái)的功能性部件。目前，汽車行業(yè)是3D打印的原型零部件的主要生產(chǎn)者，每年汽車行業(yè)將生產(chǎn)超過(guò)10萬(wàn)件原型零部件和添加制造的模具。
航空航天
3D打印技術(shù)特別是金屬直接快速成形工藝成為航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用熱點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低、減重（輕量化）等方面。
由于航空航天設(shè)備所需要的零部件往往都是一些需要單件定制的小部件，如果運(yùn)用傳統(tǒng)工藝制作勢(shì)必會(huì)存在制作周期過(guò)長(zhǎng)、成本過(guò)高的問(wèn)題。3D打印工藝制造速度快，成型后的近形件僅需少量后續(xù)機(jī)加工，可以顯著縮短零部件的生產(chǎn)周期，滿足對(duì)航空航天產(chǎn)品的快速響應(yīng)要求。3D打印加工過(guò)程的材料利用率很高，成形過(guò)程無(wú)需專用模具、工具和夾具，可以節(jié)省制造航空航天裝備零部件所需的昂貴原材料，顯著降低制造成本。
金屬零件直接成形時(shí)的快速凝固特征可提高零件的機(jī)械性能和耐腐蝕性，與傳統(tǒng)制造工藝相比，成形零件可在不損失塑性的情況下使強(qiáng)度得到較大提高。如由激光快速成型技術(shù)打造的一次成型鈦合金的承力能力比普通鍛造、焊接強(qiáng)上近30%。
同時(shí)，3D打印擁有良好的設(shè)計(jì)靈活性和加工柔性。3D打印工藝能夠?qū)崿F(xiàn)單一零件中材料成分的實(shí)時(shí)連續(xù)變化，使零件的不同部位具有不同成分和性能，是制造異質(zhì)材料（如功能梯度材料、復(fù)合材料等）的最佳工藝。航空航天裝備的零部件由于工作環(huán)境的特殊性通常對(duì)材料的性能和成分有著嚴(yán)格甚至苛刻的要求，大量試用各種高性能的難加工材料，而3D打印技術(shù)可以方便地采用高熔點(diǎn)、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工材料。
醫(yī)療行業(yè)
目前醫(yī)療行業(yè)3D打印技術(shù)的應(yīng)用主要有以下幾方面：一是無(wú)需留在體內(nèi)的醫(yī)療器械，包括醫(yī)療模型、診療器械、康復(fù)輔具、假肢、助聽(tīng)器、手術(shù)導(dǎo)板等;二是個(gè)性化永久植入物，使用鈦合金、鈷鉻鉬合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料3D打印骨骼、軟骨、關(guān)節(jié)、牙齒等產(chǎn)品，通過(guò)手術(shù)植入人體;三是3D生物打印，即使用含細(xì)胞和生長(zhǎng)因子的“生物墨水”，結(jié)合其他材料層層打印出產(chǎn)品，經(jīng)體外和體內(nèi)培育，形成有生理功能的組織結(jié)構(gòu)。
體外醫(yī)學(xué)模型
3D打印模擬器官可以用來(lái)檢測(cè)藥物效果，一方面有利于縮短臨床藥物研發(fā)周期，另一方面可以避免潛在的人體試驗(yàn)損害，極大地節(jié)省新藥的研發(fā)費(fèi)用。構(gòu)建3D 模型在手術(shù)設(shè)計(jì)、操作演練等方面具有廣闊的應(yīng)用前景和極高的應(yīng)用價(jià)值。器官或組織的3D 醫(yī)療模型，能夠?qū)⑵鞴倩蚪M織內(nèi)部構(gòu)造的細(xì)節(jié)逼真地顯示出來(lái)，使得醫(yī)學(xué)知識(shí)變得更加直觀明了。這種技術(shù)已在整復(fù)外科、口腔科、眼科等領(lǐng)域中的顱骨修復(fù)、下頜骨修復(fù)正形等方面發(fā)揮了積極作用。
3D打印通過(guò)復(fù)雜建模可造福外科手術(shù)。醫(yī)生在手術(shù)前可以在患者體外再現(xiàn)體內(nèi)實(shí)際模型，可以通過(guò)反復(fù)利用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，從而減少在真實(shí)手術(shù)中的效率和風(fēng)險(xiǎn)。例如，北京阜外醫(yī)院主要將這一技術(shù)應(yīng)用在心血管介入手術(shù)方面，與比利時(shí)的3D 打印服務(wù)商Materialise 合作，在手術(shù)前提前模擬打印出心臟模型進(jìn)行精準(zhǔn)化訓(xùn)練，從而大大提升手術(shù)的成功率。這種方法對(duì)于先天心臟缺陷的嬰兒好處明顯，因?yàn)閶雰旱钠鞴傧鄬?duì)弱小，手術(shù)就必須有更充分的準(zhǔn)備，也必須非常精細(xì)。
定制化醫(yī)療器械/組織工程
3D打印技術(shù)在助聽(tīng)器、假肢制造、康復(fù)輔具、骨科手術(shù)個(gè)性化導(dǎo)板、人工關(guān)節(jié)、人工外耳和個(gè)性化種植牙等方面已得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)用3D 打印技術(shù)設(shè)計(jì)和制作的助聽(tīng)器可滿足個(gè)性化需求。利用3D 打印技術(shù)制造出的假肢也更加符合人體工學(xué)。應(yīng)用金屬打印制作的多孔鈦結(jié)構(gòu)，生物學(xué)表現(xiàn)特性更加合理，具有輕量化，更加符合人體工程學(xué)，從而克服了傳統(tǒng)制造工藝的限制。
傳統(tǒng)牙齒修復(fù)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，難以保證精度，返修率高、制作周期長(zhǎng)。將3D打印技術(shù)運(yùn)用到義齒修復(fù)中已經(jīng)成為牙科領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)，降低了義齒修復(fù)成本，縮短了制作周期。此外，3D 打印在骨科的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)低成本假肢打印。
人工器官和組織
3D 打印技術(shù)不僅能夠打印醫(yī)療模型、醫(yī)療器械，還可以根據(jù)患者需要打印出相應(yīng)的器官。
3D生物打印使用含細(xì)胞和生長(zhǎng)因子的“生物墨水”，結(jié)合其他醫(yī)療材料層層打印出產(chǎn)品，經(jīng)體外和體內(nèi)培育，形成有生長(zhǎng)能力功能的組織結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)的推廣與使用有望解決全球面臨的移植組織或器官不足的難題。
美國(guó)圣迭戈Organovo將細(xì)胞用作“生物墨汁”，通過(guò)3D打印程序制成活性人體組織片，已成功打印出心肌組織、動(dòng)脈血管等。愛(ài)丁堡赫瑞瓦特大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種基于瓣膜的雙噴嘴打印機(jī)，配有兩個(gè)“墨盒”，一個(gè)裝著浸在細(xì)胞培養(yǎng)基中的人體胚胎干細(xì)胞，另一個(gè)只有培養(yǎng)基。使用這一打印機(jī)可打印用于組織再生的首例人體胚胎干細(xì)胞以及其他活細(xì)胞的打印。所研發(fā)的3D 打印機(jī)通過(guò)控制實(shí)現(xiàn)精確打印速度和墨水流量。
藥劑
3D打印可制造靶向藥物運(yùn)輸超微機(jī)器人。在人體內(nèi)精準(zhǔn)運(yùn)輸藥物的機(jī)器人可以用來(lái)提升太近微創(chuàng)手術(shù)、靶向用藥、遠(yuǎn)程感應(yīng)和單細(xì)胞操控技術(shù)的效果和水平。
通過(guò)3D 打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微型機(jī)器人被設(shè)計(jì)成“鞭毛”的類似物，這樣可以更好地被數(shù)字化操控，從而靈活地將藥物送達(dá)到人體各部。FDA 批準(zhǔn)了美國(guó)Aprecia制藥公司首款采用3D打印技術(shù)制備的“左乙拉西坦速溶片”上市。這種藥采用Aprecia公司的ZipDose3D打印技術(shù)生產(chǎn)，內(nèi)部呈現(xiàn)多空狀，內(nèi)表面及高，可在短時(shí)間內(nèi)被很少的水融化，用分層打印制備藥物制劑取代傳統(tǒng)的壓片技術(shù)，使得含水流體將多層粉狀藥劑結(jié)合在一起。
主要企業(yè)
3D 打印的核心專利大多被設(shè)備廠商掌握，因此在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中設(shè)備廠商占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著專利陸續(xù)到期，設(shè)備廠商的地位必然會(huì)受到?jīng)_擊。近年來(lái)，3D 打印行業(yè)整合加劇，其中以3D Systems 和Stratasys 的整合路徑最具代表性。3DSystems 采取上下游并購(gòu)路徑，并購(gòu)對(duì)象包括服務(wù)商、軟件公司、材料和設(shè)備廠商。Stratasys 的整合路徑以橫向整合為主，如與Objet 的合并和收購(gòu)MakerBot。通過(guò)一系列的整合，設(shè)備企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合方案提供商，加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的整體掌控能力。
全球3D 打印兩大巨頭3D Systems 和Stratasys 生產(chǎn)了全球半數(shù)以上的打印機(jī)，并在近幾年通過(guò)兼并收購(gòu)其他3D 打印企業(yè)不斷擴(kuò)大規(guī)模。另外，一些企業(yè)（如EOS、Envisiontec 等）在各自擅長(zhǎng)的領(lǐng)域也有突出表現(xiàn)。除了這些企業(yè)，市場(chǎng)上還有許多提供3D 打印服務(wù)的中小型企業(yè)。
3D Systems
3D Systems公司由3D 打印技術(shù)的發(fā)明者查爾斯?赫爾成立于1986年，位于美國(guó)南卡羅來(lái)納州羅克希爾，以立體光固化成型技術(shù)（SLA）起家。在此后的二十幾年中依靠基礎(chǔ)專利的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)并購(gòu)形成了覆蓋打印材料、打印設(shè)備和打印服務(wù)領(lǐng)域的全產(chǎn)業(yè)模式。
近年來(lái)3D Systems已經(jīng)逐漸擺脫了業(yè)績(jī)虧損的狀況，進(jìn)入了盈利增長(zhǎng)時(shí)期。自2009年以來(lái)，公司營(yíng)業(yè)收入均保持20%以上的增速，2014 年，公司營(yíng)業(yè)收入達(dá)到6.54 億美元，凈利潤(rùn)達(dá)到0.18 億美元。目前在全球范圍內(nèi)擁有近900 名員工。
在外延并購(gòu)方面，3D Systems動(dòng)作頻頻。在過(guò)去的四年中，3D Systems公司已經(jīng)收購(gòu)了超過(guò)45家公司，總金額達(dá)到5.2億美元。2014年，公司通過(guò)收購(gòu)Cimatron、Simbionix、LayerWise、Laser Reproductins 等公司開(kāi)始進(jìn)軍仿真、航空航天以及醫(yī)療等領(lǐng)域。2015 年3D Systems 收購(gòu)了無(wú)錫易維，加緊了其在中國(guó)3D 打印市場(chǎng)的布局。另外，通過(guò)收購(gòu)Bits from Bytes（一家普及型打印設(shè)備提供商），3D Systems也成為消費(fèi)者使用的個(gè)人系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于教育等領(lǐng)域。
3D Systems 是全球領(lǐng)先的3D 打印解決方案提供商。3D Systems 提供不同種類的產(chǎn)品。個(gè)人產(chǎn)品如Cube、BfB、RapMan 系列，入門級(jí)專業(yè)打印機(jī)V-Flash，專業(yè)打印機(jī)Projet 和Zprinter，以及基于SLA、SLS、SLM 技術(shù)的工業(yè)用打印機(jī)等。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括概念建模、快速原型設(shè)計(jì)及制造等。3D Systems 提供7 種3D 打印解決方案，包括光固化快速成形和激光燒結(jié)、聚合物成型以及用于個(gè)人打印機(jī)技術(shù)FDM等。公司在3D 打印領(lǐng)域擁有超過(guò)1100 項(xiàng)專利，材料包括塑料、蠟、尼龍、金屬等100 多種材料。
3D Systems產(chǎn)品和服務(wù)的一個(gè)重要發(fā)展是其“創(chuàng)作工具”。3D Systems 率先引入了基于網(wǎng)絡(luò)和基于軟件的工具來(lái)簡(jiǎn)化3D 產(chǎn)品的創(chuàng)造。通過(guò)對(duì)Vidar 的收購(gòu)，3D Systems 成為創(chuàng)建三維數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像的領(lǐng)導(dǎo)者。同樣的，通過(guò)對(duì)My Robot Nation 的收購(gòu)，公司迅速打入消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域。
3D Systems經(jīng)營(yíng)兩個(gè)按需生產(chǎn)零件服務(wù)：ProParts 和Quickparts。在按需打印方面，3D Systems 提供Quickparts 和ProParts 服務(wù)。3D Proparts 是一家提供快速成型制造和服務(wù)的企業(yè)，其服務(wù)包括定制支持和項(xiàng)目管理等，于2009 年被3D Systems 收購(gòu)。QuickParts于2011年2月被3D Systems收購(gòu)，是一個(gè)小批量的生產(chǎn)商。
Stratasys
Stratasys由Scott Crump于1989年在美國(guó)明尼蘇達(dá)州成立，并于1994年在納斯達(dá)克上市。Stratasys專注于熔融沉積成型（FDM）技術(shù)的研究及開(kāi)發(fā)，并成功打造出Dimension、uPrint 和Fortus 三個(gè)品牌。其中，Dimension憑借高性價(jià)比，成為全球最暢銷的3D打印機(jī)系列之一。與3D Systems 相同，Stratasys的營(yíng)業(yè)收入也在近年來(lái)保持快速增長(zhǎng)，2014年公司營(yíng)業(yè)收入達(dá)到7.5億美元。
Stratasys 在近4 年來(lái)的并購(gòu)浪潮中同樣大動(dòng)作頻出，如以14 億美元收購(gòu)以色列3D 打印系統(tǒng)提供商O(píng)bject 公司;以4 億美元收購(gòu)桌面級(jí)3D 打印設(shè)備生產(chǎn)商MakerBot;1 億美元收購(gòu)CAD 設(shè)計(jì)師社區(qū)Grabcad。隨著各類企業(yè)的并購(gòu)，Stratasys的3D打印領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈在不斷完善。
Stratasys主要經(jīng)營(yíng)3D打印設(shè)備和打印材料，這兩項(xiàng)合計(jì)占其收入的85%。公司的3D打印設(shè)備包括理念系列、設(shè)計(jì)系列和生產(chǎn)系列三個(gè)級(jí)別，同時(shí)公司還制造專門用于牙科的3D 打印機(jī)。在打印材料領(lǐng)域，現(xiàn)在能夠生產(chǎn)超過(guò)130種的打印材料，其中包括100種的光聚物和10多種的熱塑性塑料打印材料。
ExOne
Exone也是3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，成立于2012年，使用麻省理工學(xué)院提供的粉末噴墨三維打印（Inkjet3DP）。主要提供兩種打印機(jī)，分別使用沙子和金屬材料，可以完成較大尺寸產(chǎn)品的制作。該公司的3D 印刷機(jī)器能夠制造壓鑄模具和特種石英砂、陶瓷的鑄造產(chǎn)品。
Exone 公司共有兩個(gè)系列的產(chǎn)品，分別是S 系列和M 系列。S 系列的產(chǎn)品主要用于工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)澆鑄所用的鑄型，代表性的產(chǎn)品有S Max、S Print。M 系列的3D 打印機(jī)主要用于直接打印可以使用的零件或是終端產(chǎn)品，代表性產(chǎn)品為M Flex 和M Lab。前三者都是工業(yè)用打印機(jī)，M Lab 是科研人員專用的打印機(jī)，屬于專業(yè)用途。
Exone 主要的客戶集中在航天、汽車、重型設(shè)備、能源等行業(yè)。該公司還提供耗材和零件、服務(wù)、培訓(xùn)和技術(shù)支持，通過(guò)位于美國(guó)、德國(guó)、日本的生產(chǎn)服務(wù)中心（PSCs）來(lái)對(duì)其客戶進(jìn)行生產(chǎn)前合作與定制服務(wù)。
RepRap
RepRap 是一種三維打印機(jī)原型機(jī)，它具有一定程度的自我復(fù)制能力，能夠打印出大部分其自身的（塑料）組件。RepRap 是（replicating rapid prototyper）的縮寫(xiě)。
這種原型機(jī)從軟件到硬件各種資料都是免費(fèi)和開(kāi)源的，都在自由軟件協(xié)議GNU 通用公共許可證GPL 之下。
至目前為止，RepRap 項(xiàng)目已經(jīng)了四個(gè)版本的3D 立體打印機(jī)：2007 年3 月“達(dá)爾文”（Darwin），2009 年10 月“孟德?tīng)枴保∕endel），2010 年“Prusa Mendel”和“赫胥黎”（Huxley）。開(kāi)發(fā)者采用了著名生物學(xué)家們的名字來(lái)命名，是因?yàn)椤癛epRap 就是復(fù)制和進(jìn)化”。
由于機(jī)器具有自我復(fù)制能力，能廉價(jià)地傳播RepRap 給個(gè)人和社區(qū)，使他們能夠創(chuàng)建或下載來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜的產(chǎn)品，而不需要昂貴的工業(yè)設(shè)施。
Arcam
瑞典Arcam公司成立于1997年，在斯德哥爾摩證券交易所上市，公司是唯一使用電子光束溶解法（EBM）技術(shù)的增量制造公司，2003年3月第一臺(tái)EBM S12機(jī)器上市，隨后推出基于EBM技術(shù)的改進(jìn)機(jī)型。
Arcam為市場(chǎng)提供EBM 的完整生產(chǎn)鏈，包括打印機(jī)、系統(tǒng)服務(wù)和金屬粉末銷售。Arcam還與美國(guó)DiSanto 技術(shù)公司合作，致力于骨科植入物（Orthopedic Implants）市場(chǎng)。OI 產(chǎn)業(yè)可分為三部分：重構(gòu)、外傷手術(shù)和脊柱手術(shù)。
目前，Arcam上市的打印機(jī)有Arcam A2X、Arcam Q10、Arcam Q20，Arcam A2X主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，應(yīng)用材料是鈦和鋁化鈦;Arcam Q10 則是針對(duì)于OI 市場(chǎng)，而Arcam Q20 則是在前者基礎(chǔ)上，加大制造空間以適應(yīng)在航空航天上的應(yīng)用，二者均具備有電子槍、e LayerQamTM 系統(tǒng)。
其他
3D打印賦予了普通人強(qiáng)大新穎的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工具，人們可以獲得專業(yè)設(shè)計(jì)師和制造業(yè)大企業(yè)所獨(dú)有的設(shè)計(jì)和制造能力。
在未來(lái)的3D打印世界里，無(wú)論何時(shí)何地，人們需要什么就可以打印什么。當(dāng)然，技術(shù)雖然好，也要看人們?cè)鯓討?yīng)用。有人可能會(huì)用來(lái)制造武器，甚至有毒的新藥。
大多數(shù)人第一次聽(tīng)到3D打印時(shí)，他們就想到了那些老式的、常見(jiàn)的桌面打印機(jī)。噴墨打印機(jī)和3D打印機(jī)最大的區(qū)別是維度問(wèn)題，桌面打印機(jī)是二維打印的，在平面紙張上噴涂彩色墨水，而3D打印機(jī)可以制造拿在手上的三維物體。
3D打印機(jī)依據(jù)計(jì)算機(jī)指令，通過(guò)層層堆積原材料制造產(chǎn)品。在人類歷史的大部分時(shí)間里，我們通過(guò)切割原料或通過(guò)模具成型制造新的實(shí)體物品。
3D打印的技術(shù)名稱是“增材制造”，這是對(duì)實(shí)際打印過(guò)程比較貼切的描述。3D打印獨(dú)特的制造技術(shù)讓我們能夠生產(chǎn)前所未有的各種形狀的物品。
3D打印不是一種新技術(shù)，3D打印機(jī)已在制造機(jī)加工車間默默地工作了幾十年。但在過(guò)去的幾年里，由于受到計(jì)算能力、新型設(shè)計(jì)軟件、新材料、創(chuàng)新推動(dòng)及互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)步的推動(dòng)，3D打印技術(shù)發(fā)展迅速。
計(jì)算機(jī)在3D打印過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，沒(méi)有計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，3D打印機(jī)就會(huì)癱瘓。3D打印機(jī)正常運(yùn)作的前提是要輸入一個(gè)設(shè)計(jì)好的電子藍(lán)圖或設(shè)計(jì)文件，它們負(fù)責(zé)告訴3D打印機(jī)在哪里放置原材料。
3D打印過(guò)程如下：3D打印機(jī)在設(shè)計(jì)文件指令的導(dǎo)引下，先噴出固體粉末或熔融的液態(tài)材料，使其固化為一個(gè)特殊的平面薄層。第一層固化后，3D打印機(jī)打印頭返回，在第一層外部形成另一薄層。第二層固化后，打印頭再次返回，并在第二層外部形成另一薄層。如此往復(fù)，最終薄層累積成為三維物體。
3D打印機(jī)不像傳統(tǒng)制造機(jī)器那樣通過(guò)切割或模具塑造制造物品。通過(guò)層層堆積形成實(shí)體物品的方法從物理的角度擴(kuò)大了數(shù)字概念的范圍。對(duì)于要求具有精確的內(nèi)部凹陷或互鎖部分的形狀設(shè)計(jì)，3D打印機(jī)是首選的加工設(shè)備，它可以將這樣的設(shè)計(jì)在實(shí)體世界中實(shí)現(xiàn)。
3D打印部件和產(chǎn)品正在蔓延到日常生活中。你的汽車儀表盤(pán)的設(shè)計(jì)就借助了3D打印原型，確保各部件緊密地配合在一起。如果你戴助聽(tīng)器， 3D打印可以使用光學(xué)掃描數(shù)據(jù)，捕捉你內(nèi)耳的精確形狀，實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn)。
牙科診所借助X射線不到一個(gè)小時(shí)就可以打印定制牙冠。在體內(nèi)安裝用鈦和陶瓷打印的假膝蓋已經(jīng)風(fēng)靡世界。如果你有幸乘坐波音公司的新型飛機(jī)——波音787“夢(mèng)想飛機(jī)”，你已經(jīng)將生命托付給至少32種3D打印的部件。
3D打印技術(shù)的秘密可以概括如下：就將復(fù)雜設(shè)計(jì)變成實(shí)體物品而言，3D打印機(jī)比其他生產(chǎn)模式（如人工生產(chǎn)或機(jī)器生產(chǎn)）更精確、更通用，可以將一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)通過(guò)組合不同的原材料以過(guò)去不可能的方式制造成實(shí)物。
如今，一般家用3D打印機(jī)可以制造鞋盒大小的塑料物品。工業(yè)領(lǐng)域的3D打印機(jī)可以制造大到汽車、小到肉眼幾乎無(wú)法看到的針頭等物品。有些研究人員開(kāi)始嘗試用3D打印機(jī)打印小型房屋大小的混凝土結(jié)構(gòu)。而在微觀的角度，另外一些研究人員已經(jīng)打印出肉眼幾乎看不到細(xì)節(jié)的物體。
走向數(shù)字化和模擬化：跨越虛擬世界和實(shí)體世界的鴻溝
20世紀(jì)末，信息開(kāi)始走向數(shù)字化。21世紀(jì)，虛擬世界將與實(shí)體世界更緊密地聯(lián)系在一起。
虛擬世界是一個(gè)可以在其中自由選擇的地方。在視頻游戲里，人物可以跨越建筑物、長(zhǎng)出新的手臂、變身成為不同的實(shí)體形狀。虛擬世界也很容易編輯和修訂。雖然改變一棵真樹(shù)的樹(shù)皮顏色是不可能的事，但在數(shù)碼照片中改變樹(shù)的顏色卻很簡(jiǎn)單。
3D打印技術(shù)將跨越虛擬世界與實(shí)體世界的鴻溝。當(dāng)然，懷疑論者會(huì)立即指出，數(shù)字世界和實(shí)體世界已經(jīng)有了一些交匯點(diǎn)。畢竟設(shè)計(jì)和制造工藝已經(jīng)由計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)了數(shù)十年，現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)幾乎實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化（除了最后一步，即勞動(dòng)密集型裝配流水線）。
虛擬世界和實(shí)體世界的融合將是一個(gè)緩慢而微妙的過(guò)程，這一過(guò)程具有階段性。首先，我們要獲取實(shí)體物品的形狀；其次，我們上升到新階段，控制其材料組成；最后，我們要控制實(shí)體物品的行為。
掌控產(chǎn)品形狀：現(xiàn)實(shí)生活中不可能的形狀也能制造
3D打印機(jī)可以詳細(xì)闡釋數(shù)字化設(shè)計(jì)文件，帶我們到接近充滿豐富的創(chuàng)造力和自由的虛擬世界。如果你看動(dòng)畫(huà)片，顯然，屏幕上的畫(huà)面就是在用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的：恐龍?jiān)诂F(xiàn)代化的地鐵站里漫步，狀如禿鷹的飛行機(jī)器戰(zhàn)士用致命激光掃射所經(jīng)之處。
如果影片在動(dòng)畫(huà)和現(xiàn)實(shí)之間來(lái)回切換，對(duì)觀眾來(lái)說(shuō)，在計(jì)算機(jī)繪制的充滿豐富想象的多彩世界和現(xiàn)實(shí)生活中顯然有一個(gè)明確的界限。欣賞3D打印的前景和風(fēng)險(xiǎn)的方法之一是思考掌控材料世界的鐵律。由于3D打印機(jī)分層形成物品，它們可以塑造過(guò)去只有在自然界存在的形狀，曲線、鏤空與復(fù)雜的內(nèi)腔制造將成為可能。
數(shù)字設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)屏幕上令人震驚，但理論上被制造出來(lái)后隨時(shí)會(huì)坍塌，因?yàn)樗荒芡黄浦亓筒牧舷拗啤Ｏ啾戎拢瑪?shù)字世界讓我們放飛想象的翅膀，自由創(chuàng)造。數(shù)字世界急需制造出現(xiàn)實(shí)生活中不可能的形態(tài)。
控制材料構(gòu)成：實(shí)體物品能不能也變成數(shù)字世界的“1”和“0”
在融合的第二階段，3D打印會(huì)給我們帶來(lái)對(duì)物質(zhì)構(gòu)成和材料構(gòu)成的精確控制。多材料3D打印機(jī)將為新產(chǎn)品的生產(chǎn)打開(kāi)大門，這種新產(chǎn)品由嚴(yán)格控制的原材料構(gòu)成，其整體性能將大于部分之和。
試想在一個(gè)水彩調(diào)色盤(pán)中，將藍(lán)色和黃色混合，可以形成無(wú)數(shù)深淺不同的綠色。在自然界中，22種氨基酸以不同的方式組合，創(chuàng)造出可以形成驚人物種的蛋白質(zhì)。配備精確的設(shè)計(jì)文件的多材料3D打印機(jī)，可以將熟悉的原材料混合成全新的組合。
隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，我們將看到很多由當(dāng)前不可行的材料混合制成的物體。我們將看到可以自我修復(fù)的機(jī)器部件，或者看到可以將其長(zhǎng)度延伸近10倍的無(wú)線網(wǎng)格。醫(yī)療設(shè)備將對(duì)特定病人的血型做出回應(yīng)，或檢測(cè)其體溫變化。
控制材料組成的第二個(gè)渠道與第一個(gè)稍有不同。有一天3D打印機(jī)會(huì)制造出可控的材料。在虛擬世界中，所有的信息無(wú)論多么復(fù)雜，最終都可歸結(jié)為它的本質(zhì)，那就是兩個(gè)基本單位：1或0。相反，實(shí)體物品由豐富的、非模塊化的螺旋結(jié)構(gòu)的原材料制成，它的基本單位是原子，不那么規(guī)則且難以控制。由于材料在實(shí)體世界具有多樣性，很難有意義地捕捉數(shù)字形式的“模擬”材料。結(jié)果是，模擬材料很難被精確地復(fù)制、控制和編程。
不兼容的原子是制造商的噩夢(mèng)。誠(chéng)然，3D打印機(jī)不能粉碎開(kāi)放的原子，使它們更具可塑性。但是，3D打印機(jī)可以做的是將一度不能兼容的原材料巧妙地結(jié)合在一起，打印成單一的物品。
打印智能物品：機(jī)器人將過(guò)時(shí)
拿廚房的木桌為例，如果你用光學(xué)掃描儀掃描它的外表面，你可以把掃描獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)文件。一旦將桌子的實(shí)體尺寸轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，就可以輕易使用設(shè)計(jì)軟件暫時(shí)獲得對(duì)桌子設(shè)計(jì)的控制。
你可以先編輯桌子的設(shè)計(jì)文件，然后3D打印出一張新桌子。然而，除非你用數(shù)十億個(gè)體素進(jìn)行打印，否則新桌子將是模擬的。它的材料、它的部件和組片將仍然是原生的、非智能的、連續(xù)的和被動(dòng)的。如果你能用體素3D打印出新桌子，那么新的世界可能就會(huì)出現(xiàn)。
體素催生出活躍的智能原材料。與今天我們能3D打印的非智能部件不同，未來(lái)我們能打印出智能系統(tǒng)，例如一部可使用的手機(jī)。3D打印機(jī)將創(chuàng)造出智能面料、現(xiàn)成機(jī)器人的生命形式和能夠?qū)W習(xí)、響應(yīng)和思考的機(jī)器。我們可以打印帶有數(shù)字智能內(nèi)涵的實(shí)體物品。
未來(lái)有一天，3D打印將把人工智能從計(jì)算機(jī)拓展到現(xiàn)實(shí)世界，機(jī)器人將成為過(guò)去時(shí)。半機(jī)器人在20世紀(jì)90年代就成為文化遺跡，未來(lái)取決于可以編程的物質(zhì)以及本質(zhì)可以編程并可以被3D打印的原材料。
麻省理工學(xué)院教授尼爾·格申費(fèi)爾德在《當(dāng)鞋子開(kāi)始思考》一書(shū)中預(yù)言，可編程物質(zhì)有自己的思想。數(shù)字處理能力將真正地找到自己的腿，走進(jìn)物質(zhì)世界。3D打印可編程物質(zhì)將形成自己的實(shí)體，具備機(jī)械和觸覺(jué)能力。
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；服裝設(shè)計(jì)；影響
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.243
1 前言
3D打印是以三維設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)軟件分層離散與數(shù)控成形體系，運(yùn)用激光束以及熱熔噴嘴等其它形式將陶瓷粉末、金屬粉末及塑料等其它較為獨(dú)特的材料實(shí)施逐層的累積黏結(jié)，最后通過(guò)疊加成形，以加工出實(shí)體的產(chǎn)品。
2 3D打印技術(shù)概述
當(dāng)前，3D打印的核心技術(shù)大都把控在美國(guó)、歐洲以及日本其它發(fā)達(dá)國(guó)家的手中。在1990年之后，我們國(guó)家的多所高校逐漸對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)比較可知，我們國(guó)家3D打印技術(shù)的研發(fā)依然有著較多的路要走，差距較大。目前，3D打印技術(shù)大都應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，急需在速度、精度、尺寸以及軟件研發(fā)等層面不斷創(chuàng)新。
3 3D打印技術(shù)對(duì)于服裝設(shè)計(jì)影響
3.1 3D打印技術(shù)對(duì)服裝材料的影響
傳統(tǒng)形式的服裝材料涵蓋了麻、棉、毛以及絲等等，經(jīng)過(guò)紡織成紗線，紗線再經(jīng)過(guò)針織又或是梭織而產(chǎn)生面料。在制造中間環(huán)節(jié)實(shí)施色彩的印染等。經(jīng)過(guò)不一樣粗細(xì)、不一樣結(jié)構(gòu)和材料紗線的互相融合，達(dá)到服裝面料的改變。然而3D打印服裝的出現(xiàn)，因?yàn)榇蛴〔牧戏浅Ｓ邢蓿?dāng)前并不具備能夠打印紡織面料的設(shè)施。當(dāng)前所使用的3D打印材料大部分都是PLA與ABS塑料。運(yùn)用環(huán)裝結(jié)構(gòu)來(lái)組成，具備較強(qiáng)的后現(xiàn)代主義風(fēng)格，其所體現(xiàn)出更加多的便是設(shè)計(jì)人員自身的設(shè)計(jì)理念，而非是日常生活所穿著的服裝。在已經(jīng)具有的3D打印服裝里面，其所使用的材料大部分均是塑料。設(shè)計(jì)人員把塑料設(shè)計(jì)為片狀又或是環(huán)狀的架構(gòu)，互相融合。若想加工出舒適合體的服裝，材料是最為重要的。
3.2 3D打印技術(shù)對(duì)服裝加工工藝的影響
在3D打印服裝成功設(shè)計(jì)以后，或許是一個(gè)較為完善的三維裁片，又會(huì)是無(wú)數(shù)個(gè)完全不一樣的三維裁片，其主要是按照服裝的類別而明確，往往能夠?qū)㈩I(lǐng)片、袖片以及口袋等獨(dú)立進(jìn)行打印，同樣還能夠?qū)⒁恍┚哂刑厥庑Ч牟闷\(yùn)用3D打印技術(shù)，然而其它的裁片依然采取傳統(tǒng)形式的二維樣板又或是在3D打印的基礎(chǔ)之上實(shí)施立體裁剪來(lái)達(dá)到。從加工環(huán)節(jié)來(lái)看，在服裝設(shè)計(jì)明確以后，需把三維文件轉(zhuǎn)變成合適的3D打印技術(shù)文件，此種類的文件能夠直接性的融入至所有的打印機(jī)之中，部門打印機(jī)同樣會(huì)接受SLC、PLY等類型的文件導(dǎo)入。在文件完全導(dǎo)入以后打印機(jī)便會(huì)自行進(jìn)行分層處理同時(shí)打印出相應(yīng)的裁片又或是成衣。按照打印機(jī)尺寸的不一樣，整體設(shè)計(jì)、多個(gè)部件所茍恒的產(chǎn)品需實(shí)施一次性打印又或是分批進(jìn)行打印，將所打印出的部件再實(shí)施縫合才可以獲得最后的成品。
3.3 3D打印技術(shù)對(duì)服裝個(gè)性化定制的影響
3D打印技術(shù)所具備的最大特征便是可以不斷的擴(kuò)展設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念。采取3D打印技術(shù)，服裝設(shè)計(jì)人員不會(huì)再為傳統(tǒng)形式的裁剪沒(méi)有辦法達(dá)到自身的設(shè)計(jì)而煩惱，其只需在計(jì)算機(jī)軟件中繪制出本身的設(shè)計(jì)理念圖案，接著將所有后期的制作交由3D打印機(jī)完成便可。此種全新的制造工藝與傳統(tǒng)形式對(duì)比而言，其所具有的優(yōu)勢(shì)便是能夠達(dá)到私人化的服裝定制，設(shè)計(jì)人員能夠經(jīng)過(guò)掃描設(shè)施對(duì)顧客的身材實(shí)施三維求反，以此獲得量身定制的相應(yīng)模型，通過(guò)經(jīng)過(guò)3D打印機(jī)制造出極具個(gè)性的服裝。設(shè)計(jì)人員再也無(wú)需像之前那樣對(duì)顧客實(shí)施重復(fù)性的量體與較多次數(shù)的試衣便可以一次做完所有相關(guān)的工作，節(jié)約了大量的時(shí)間與費(fèi)用。
3.4 3D打印技術(shù)對(duì)服裝顏色的影響
色彩是服裝設(shè)計(jì)最為主要的元素，其對(duì)服裝的風(fēng)格與潮流有著非常大的影響。與此同時(shí)，色彩同樣還是3D打印技術(shù)最為主要的要素。怎樣在3D打印環(huán)節(jié)精準(zhǔn)的融入顏色，始終都是專家學(xué)者所探討的話題。為了能夠節(jié)省費(fèi)用以及材料的限制，3D打印服裝大都是單一顏色的。
第一，水文轉(zhuǎn)印法。此技術(shù)被被大量的運(yùn)用至各類材料里面，主要有頭盔染色、玩具公仔染色以及模型染色等等。然而此技術(shù)卻存在一定的約束。因?yàn)楸∧ぴ谙鲁恋木唧w環(huán)節(jié)會(huì)逐漸的延伸，水轉(zhuǎn)印法的精準(zhǔn)程度相對(duì)較低。
第二，經(jīng)過(guò)粉末的相互融合又或是鋪設(shè)擠壓塑料。此種形式對(duì)于顏色的調(diào)控較為簡(jiǎn)單，運(yùn)用較多數(shù)量的噴頭整個(gè)不一樣顏色的原材料，又或是用不一樣材料的取代來(lái)達(dá)到顏色的相應(yīng)改變。此種形式?jīng)]有辦法達(dá)到服裝領(lǐng)域?qū)τ谏嗜找嬖鲩L(zhǎng)的展示需求。
第三，像素噴墨法。此方式參考了2D打印。將噴墨一滴一滴的滴在物體表面，此墨滴便會(huì)即刻被紫外線所固化，變成固體。其可以使得人們能夠?qū)︻伾休^為準(zhǔn)確的調(diào)控。然而這樣的形式需要有龐大的數(shù)據(jù)計(jì)算，墨滴的體積非常之小，一立方厘米的固體里面大致涵蓋了1800萬(wàn)左右的墨滴。
4 3D打印技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)
3D打印技術(shù)具備一定的先導(dǎo)性，引起了科技界與時(shí)尚界的高度關(guān)注。我們國(guó)家的3D打印服裝發(fā)展速度較為緩慢，在意大利，已有設(shè)計(jì)人員專門為客戶提供3D服裝設(shè)計(jì)的下載服務(wù)，其便代表著只要人們擁有一個(gè)3D打印機(jī)，便能夠定制又或是設(shè)計(jì)出自身所獨(dú)有的服裝。當(dāng)服裝加工企業(yè)與設(shè)計(jì)部T掌握了3D技術(shù)之后便能夠逐漸的調(diào)整同時(shí)精準(zhǔn)的審核服裝的構(gòu)想，同時(shí)能夠在此環(huán)節(jié)降低成本費(fèi)用，在一定程度上減少了服飾設(shè)計(jì)所需要的時(shí)間，使得企業(yè)能夠以穩(wěn)定的步伐持續(xù)性的開(kāi)發(fā)出全新的產(chǎn)品。正是出于這樣的緣由，從服裝設(shè)計(jì)的品牌商、設(shè)計(jì)商以及加工商等均能夠借此來(lái)增強(qiáng)自身的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
5 結(jié)語(yǔ)
伴隨3D打印技術(shù)的逐漸進(jìn)步以及紡織材料的日益創(chuàng)新，再加之人體測(cè)量以及CAD等其它相關(guān)技術(shù)，服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)?huì)提供完全自動(dòng)化的訂制服務(wù)。在未來(lái)，顧客所買到的并不再是現(xiàn)實(shí)的服裝成品，其所購(gòu)買到的將會(huì)是應(yīng)用于3D打印的款式圖又或是打印所需要的材料，如此顧客經(jīng)過(guò)購(gòu)買同時(shí)下載相應(yīng)的款式圖便能夠自行打印出自身所需要的商品。
參考文獻(xiàn)：
概述
隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)圖形應(yīng)用技術(shù)的不斷提升以及特殊材料的研發(fā)優(yōu)化，3D打印技術(shù)已經(jīng)從幻想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)，甚至應(yīng)用到社會(huì)生活的各個(gè)方面，在燈具設(shè)計(jì)領(lǐng)域亦是如此，燈具設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面兼具著藝術(shù)設(shè)計(jì)的基因，設(shè)計(jì)不僅僅要考慮到實(shí)用性能的不斷優(yōu)化，審美需求也是設(shè)計(jì)中需要考慮的一個(gè)重要方面。當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)是創(chuàng)意的競(jìng)爭(zhēng)，將3D打印技術(shù)應(yīng)用在燈具設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中一方面是對(duì)教育教學(xué)模式的創(chuàng)新，另一方面也從前端人才培養(yǎng)的角度，減少了創(chuàng)意變?yōu)楫a(chǎn)品的周期，提升了創(chuàng)意的實(shí)現(xiàn)幾率以及設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化率。本文將從3D打印技術(shù)應(yīng)用的燈具教學(xué)與傳統(tǒng)燈具教學(xué)的教育形式、效果對(duì)比出發(fā)研究3D打印技術(shù)在燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用及其意義，以期為燈具設(shè)計(jì)教學(xué)總結(jié)出更多的教育教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。
傳統(tǒng)燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中的困境
我國(guó)的燈具有著數(shù)千年的歷史，底蘊(yùn)十分豐厚，為當(dāng)前的燈具設(shè)計(jì)提供了豐富的靈感，當(dāng)前我國(guó)的燈具設(shè)計(jì)教學(xué)大多類屬于工業(yè)設(shè)計(jì)，二教學(xué)模式也通常是從無(wú)到有的漸進(jìn)式教學(xué)模式，首先教師教授基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生通過(guò)構(gòu)思繪制圖紙，后設(shè)計(jì)模型最終制作成品，這樣的過(guò)程如非到最后制作成品的一步，其他人很難直觀理解設(shè)計(jì)的理念，且這種教學(xué)模式的周期過(guò)長(zhǎng)，學(xué)生需要許多次的經(jīng)驗(yàn)積累才能夠具有燈具設(shè)計(jì)的能力，傳統(tǒng)燈具設(shè)計(jì)已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前更新?lián)Q代快速的市場(chǎng)情況。
當(dāng)前，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展燈具設(shè)計(jì)的工藝越來(lái)越復(fù)雜，單純依靠傳統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到工業(yè)工藝的需求，傳統(tǒng)模式下的燈具設(shè)計(jì)教學(xué)模式中不能夠?yàn)閷W(xué)生提供模擬創(chuàng)意效果并進(jìn)行修改的途徑，一方面來(lái)傳統(tǒng)模式鍛煉了學(xué)生的空間思維能力和想象力，但另一方面也提升了燈具設(shè)計(jì)師的入門門檻。3D打印技術(shù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中就可以模擬材質(zhì)效果及環(huán)境應(yīng)用，著在傳統(tǒng)燈具教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，影響學(xué)生對(duì)于燈具實(shí)際應(yīng)用的理解。
3D打印技術(shù)原理特點(diǎn)及在燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)
3D打印技術(shù)是通過(guò)三維造型軟件的設(shè)計(jì)或直接掃描對(duì)某一物體在電腦中形成三維形象后，與3D打印機(jī)連接并制作出來(lái)模型或工業(yè)零件的技術(shù)。3D打印技術(shù)可以在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)物體模型的形態(tài)進(jìn)行修改，有較強(qiáng)交互性。3D打印技術(shù)從狹義上來(lái)說(shuō)主要是指增材制造技術(shù)，從成型工藝上來(lái)看，3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)成型方法限制，通過(guò)快速自動(dòng)成型系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型相結(jié)合，無(wú)需任何附加的工藝模具制造和機(jī)械加工就能制造出各種形狀復(fù)雜的原型，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期大大縮短，生產(chǎn)成本大幅下降。
3D打印技術(shù)的工作原理是對(duì)電腦中的三維模型進(jìn)行分析、切割，獲得數(shù)碼塑形所需要的每一層的具體數(shù)據(jù)，后在根據(jù)所得數(shù)據(jù)逐層打印噴涂所得零件，由于數(shù)據(jù)為逐層獲得，普通民用3D打印機(jī)所打印出來(lái)的零件都會(huì)有不均勻的截面橫紋，需要人工或機(jī)械進(jìn)行打磨，并將零部件拼接、粘連組裝。因此3D打印技術(shù)是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的一大革命，一方面3D打印縮短了制造流程，3D打印技術(shù)最大的特點(diǎn)就是對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)線的顛覆，傳統(tǒng)生產(chǎn)線上對(duì)零件的生產(chǎn)往往會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品的塑形而產(chǎn)生大量原材料的浪費(fèi)，而3D打印技術(shù)因其預(yù)先進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)，在打印過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的材料浪費(fèi)，大大地節(jié)約了生產(chǎn)成本。另一方面也是理念的顛覆，將產(chǎn)品的生產(chǎn)與生產(chǎn)線的存在剝離開(kāi)來(lái)，產(chǎn)品從創(chuàng)意到成型只需數(shù)個(gè)步驟。例如一個(gè)創(chuàng)意弧形燈罩的制作只需在電腦中設(shè)計(jì)出弧形燈罩的的三維模型后，連接3D打印機(jī)后安裝所需材料粉末及粘合劑，等待噴涂成型即可，無(wú)需繁瑣的生產(chǎn)線工序。另一方面也減少了重復(fù)勞動(dòng)的人工成本，是推動(dòng)制造業(yè)快速發(fā)展的一大先驅(qū)技術(shù)力量。
目前工業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)普遍引入了三維軟件來(lái)輔助教學(xué)，燈具設(shè)計(jì)教學(xué)亦是如此，由于燈具這一產(chǎn)品類別在形態(tài)上較小，因此引入3D打印技術(shù)進(jìn)入教學(xué)不存在技術(shù)上的難度。當(dāng)前3D打印所能夠使用的材料質(zhì)地為金屬材料和塑料材料、樹(shù)脂材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等等，已能夠滿足教學(xué)的基本實(shí)踐需求。特別是PA材料和PC材料是燈具教學(xué)設(shè)計(jì)中3D打印最為常用的材料，原因在于PA材料有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和彈性，對(duì)于創(chuàng)意燈具設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，而PC材料則有較強(qiáng)的硬度和物理穩(wěn)定性。
燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用3D打印技術(shù)的途徑
隨著人們對(duì)新事物探索進(jìn)程的不斷推進(jìn)，3D打印技術(shù)所應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，從傳統(tǒng)工業(yè)到航天科技，從建筑設(shè)計(jì)到日常飲食，3D打印技術(shù)在不斷完善，而將3D打印技術(shù)引入燈具設(shè)計(jì)教學(xué)，運(yùn)用3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來(lái)輔助燈具設(shè)計(jì)教學(xué)，是對(duì)3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，也是對(duì)燈具設(shè)計(jì)教育教學(xué)模式的創(chuàng)新。
3D打印技術(shù)作為一種新興的理念、技術(shù)應(yīng)用于課堂后可以提升學(xué)生對(duì)于課堂的興趣，教師可以引導(dǎo)學(xué)生興趣完成課堂教學(xué)內(nèi)容，從課堂的整體氣氛來(lái)看，通過(guò)引入學(xué)生所不熟悉甚至聞所未聞的3D打印技術(shù)，可將學(xué)生的被動(dòng)接受式學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)探索式學(xué)習(xí)。如在課堂中可邀請(qǐng)學(xué)生作為助手完成3D打印操作的實(shí)踐，或可將3D打印實(shí)踐作為一定時(shí)期內(nèi)的分組探索設(shè)計(jì)活動(dòng)，以小組為單位在實(shí)驗(yàn)室完成3D打印操作。
在傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，燈具設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生較少有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，設(shè)計(jì)作品也通常僅為圖紙而已，而引入3D打印技術(shù)之后，學(xué)生可以有更多地實(shí)踐機(jī)會(huì)，運(yùn)用3D打印機(jī)來(lái)完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，并以實(shí)物的形式驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的現(xiàn)實(shí)可行性，且成本較低。例如學(xué)生在課余時(shí)間用三維圖形軟件所設(shè)計(jì)制作的燈具模型在與指導(dǎo)教師交流修改后，可用3D打印機(jī)制作樣品，并進(jìn)行初步試驗(yàn)、調(diào)試就是實(shí)踐的一組流程，而學(xué)生對(duì)于實(shí)踐結(jié)果的期待也促生了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。
3D打印技術(shù)的引入還可以作為教學(xué)工具來(lái)應(yīng)用，燈具的設(shè)計(jì)不僅僅是造型的設(shè)計(jì)，還需要學(xué)生理解到內(nèi)部的構(gòu)造原理，從而通過(guò)創(chuàng)意來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，而傳統(tǒng)的方式往往不夠直觀，通過(guò)3D打印技術(shù)教師可以將所需零件現(xiàn)場(chǎng)講解、設(shè)計(jì)、打印、拼接，讓學(xué)生理解更加直觀，不僅僅從聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)上刺激學(xué)生記憶，還可以從觸覺(jué)方面優(yōu)化學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解。作為教學(xué)工具，3D打印技術(shù)還可以為學(xué)生演示多方面多層次的靈感優(yōu)化，如掃描某一樹(shù)枝的形態(tài)并做修改后打印，作為燈體的支架，讓學(xué)生領(lǐng)悟到創(chuàng)意的多樣化和自然界的神奇多變。
3D打印技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)的意義
目前我國(guó)的3D打印技術(shù)還處于起步階段，所能夠應(yīng)用的打印材料種類較少，而3D打印機(jī)由于精度的不同和應(yīng)用環(huán)境的不同，設(shè)備的大小及價(jià)格都存在懸殊的差異。由于空間限制能夠應(yīng)用在課堂教學(xué)中的3D打印機(jī)的材料種類則更更少，且性能精度也相對(duì)更低，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，3D打印技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)中有著重要的意義。
首先，運(yùn)用3D打印技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中可以提升學(xué)生的基礎(chǔ)理論素養(yǎng)。燈具設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的綜合性，兼具了工業(yè)設(shè)計(jì)與藝術(shù)設(shè)計(jì)的諸多特性，作為家居飾品的一個(gè)重大類別，燈具設(shè)計(jì)還涉及了家具軟裝的相關(guān)理論，因此學(xué)生所要掌握的基礎(chǔ)理論十分龐雜，而通過(guò)3D打印機(jī)的教學(xué)實(shí)踐則可以很好地關(guān)聯(lián)所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生的基礎(chǔ)理論素養(yǎng)。例如想要獲得一個(gè)3D打印的底座，需要在圖紙上進(jìn)行設(shè)計(jì)，弧度、高低差、大小既要符合人體工程學(xué)要求，還要符合美學(xué)要求，這個(gè)過(guò)程就是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和創(chuàng)意的雜糅，將設(shè)計(jì)圖變?yōu)槿S模型也需要學(xué)生對(duì)軟件的基礎(chǔ)功能進(jìn)行反復(fù)操作，才能雕琢出與圖紙相符的三維模型，同時(shí)將圖形變?yōu)?D打印的模型，學(xué)生需要對(duì)自身的模型有充分的了解，在了解的過(guò)程中學(xué)生通過(guò)鞏固知識(shí)和查閱資料夯實(shí)了自身的基礎(chǔ)理論素養(yǎng)，而設(shè)計(jì)過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題也能夠進(jìn)一步鞏固學(xué)生的理論知識(shí)。
相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)，應(yīng)用了3D打印技術(shù)的教學(xué)模式可以在教學(xué)過(guò)程中提升學(xué)生的實(shí)踐能力。傳統(tǒng)教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生所能夠接觸到的往往是教師的理論知識(shí)和二維平面圖形，對(duì)于實(shí)際的燈具設(shè)計(jì)停留在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)領(lǐng)域，學(xué)生對(duì)于燈具的外形原理及內(nèi)部構(gòu)造都沒(méi)有直觀的理解，設(shè)計(jì)實(shí)踐難免紙上談兵，而引入了3D打印技術(shù)之后，學(xué)生可以不斷通過(guò)實(shí)踐突破自身的設(shè)計(jì)，在實(shí)踐過(guò)程中優(yōu)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)甚至優(yōu)化創(chuàng)意。
引入3D打印的燈具設(shè)計(jì)教學(xué)模式也能夠提升學(xué)生創(chuàng)意的商業(yè)轉(zhuǎn)化率，提升學(xué)生設(shè)計(jì)與企業(yè)需求的銜接程度。學(xué)生在進(jìn)入學(xué)校學(xué)習(xí)后不可避免的最初的設(shè)計(jì)往往是具有一定的模仿性或者十分稚嫩，不具有商業(yè)化的能力，但通過(guò)接觸3D打印技術(shù)的實(shí)踐之后，學(xué)生的理論水平和創(chuàng)意設(shè)計(jì)能留都將會(huì)有很大的提升，所設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品則有較強(qiáng)的獨(dú)立性和創(chuàng)意自主性，具備了與企業(yè)接洽的基本能力，學(xué)生通過(guò)3D打印將自身最優(yōu)設(shè)計(jì)展示出來(lái)，學(xué)生在大學(xué)期間所積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于畢業(yè)后進(jìn)入企業(yè)也有著重要的作用。
結(jié)語(yǔ)
我國(guó)的3D打印技術(shù)雖然剛進(jìn)入起步階段，但各領(lǐng)域所獲得的成果十分喜人，在教育領(lǐng)域，3D打印設(shè)備也在逐步應(yīng)用，在燈具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以促進(jìn)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)還能夠提升學(xué)生的實(shí)踐能力。隨著電子技術(shù)和材料技術(shù)的發(fā)展，相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)能夠有更多類型的3D打印設(shè)備和材料能夠進(jìn)入課堂為教學(xué)服務(wù)。
（作者單位：武漢交通職業(yè)學(xué)院）
基金項(xiàng)目：
這不是一套復(fù)雜的設(shè)備，也不需要你處理高級(jí)的軟件，它只由一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，你可以輕易地把電腦圖紙中的設(shè)計(jì)變成實(shí)物。
太爾制作的只是3D打印機(jī)中的一種。“我們的打印原料以塑料為主。”太爾培訓(xùn)部經(jīng)理郭嶠說(shuō)。這種塑料呈線條狀，直徑為1.75毫米，看上去和平時(shí)吃的米線差不多。“3D打印機(jī)的原料種類很多，可以是塑料、粉末、金屬，也可以是巧克力。”對(duì)太爾而言，公司趕上了3D打印的春天。
3D進(jìn)行時(shí)
理論上，只要電腦可以設(shè)計(jì)出的造型，3D打印機(jī)都可以打印出來(lái)。
作為國(guó)內(nèi)較早投身3D打印領(lǐng)域的科技公司，太爾成立于2003年，很早就開(kāi)始通過(guò)各種展會(huì)甚至淘寶售賣3D打印產(chǎn)品。為了讓普通大眾用得起3D打印機(jī)，太爾從去年開(kāi)始推出其個(gè)人家用3D打印機(jī)“Up!”。
這套個(gè)人3D打印機(jī)有x、y、z三個(gè)軸線，可以看做是打印機(jī)的三維坐標(biāo)。頂部是噴頭，打印機(jī)開(kāi)始工作后，噴頭會(huì)不斷地噴出經(jīng)過(guò)加熱融化后的原料，在軟件的指揮下，隨著x、y、z軸線坐標(biāo)的變化，紅色、藍(lán)色或者黃色的原料液體慢慢從噴頭噴出來(lái)，形成有規(guī)律的軌跡，順著軌跡一層層地開(kāi)始堆疊，堆疊3到4個(gè)小時(shí)之后，一個(gè)馬里奧就誕生了。仔細(xì)觀察的話，車庫(kù)咖啡里的這些DIY玩具都能看出層層疊加的構(gòu)造。
即便如此，“3D”打印并不是一個(gè)新概念。1995年MIT創(chuàng)造了“3D打印”這個(gè)名詞，隨后3D打印便開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室萌芽。逐漸地，3D技術(shù)開(kāi)始運(yùn)用在醫(yī)療模型、建筑模型等行業(yè)，被應(yīng)用在更廣泛的領(lǐng)域。
真正的3D打印發(fā)源于軍方的“快速成型”技術(shù)，是一種由CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）通過(guò)成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物模型的技術(shù)。
“快速成型首先是將實(shí)際物體的3D數(shù)據(jù)沿某一坐標(biāo)軸進(jìn)行分層處理，也就是將3D物體進(jìn)行虛擬化切片，得到無(wú)數(shù)個(gè)二維界面，由此形成每層截面的二維截面數(shù)據(jù)。”郭嶠介紹，“之后，再按照特定成形方法和技術(shù)每次只加工一個(gè)截面，這一過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，直到所有的截面加工完生成實(shí)體原型。”
相比傳統(tǒng)制造工藝，3D打印有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是節(jié)省原材料和人工，它的用料只有原來(lái)的1/3到1/2，制造速度卻快34倍。另外，3D打印機(jī)可以制作形態(tài)各異的各種物品。“理論上，只要電腦可以設(shè)計(jì)出的造型，3D打印機(jī)都可以打印出來(lái)。”
給未來(lái)作序
由于3D打印的成本過(guò)高，因此在大多數(shù)領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)還未普及。
玩具、汽車甚至樓房……3D打印機(jī)的魔力已感染了越來(lái)越多人。從用途上看，3D打印設(shè)備主要分為大型商用產(chǎn)品以及桌面家用兩類。大型商用產(chǎn)品早已經(jīng)使用多年，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)穩(wěn)定。而桌面家用類產(chǎn)品在近兩年才逐漸進(jìn)入人們的視線。
由于材料和精度的限制，太爾的3D打印機(jī)主要應(yīng)用在外觀功能驗(yàn)證上。“一些設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，為了測(cè)試其完美程度，會(huì)先將它打印出來(lái)，看看哪些地方還需要改進(jìn)。”在醫(yī)療行業(yè)，太爾的3D打印機(jī)用途更特殊——它可以用來(lái)打印假牙、假肢、器官等。“國(guó)內(nèi)一些醫(yī)院已經(jīng)開(kāi)始用這種假牙和骨骼打印技術(shù)了，但其他的在國(guó)內(nèi)還很不成熟。除此之外，還沒(méi)有醫(yī)院找我們買3D打印設(shè)備來(lái)治病。”郭嶠稱。
對(duì)于更加廣泛的領(lǐng)域，目前的3D打印技術(shù)還只是序曲。一臺(tái)3D打印機(jī)的價(jià)格主要取決于兩個(gè)方面：一個(gè)是打印區(qū)域，區(qū)域越大就能打出更大體積的物品；一個(gè)是打印層厚，層厚越薄打印出來(lái)的物品越精致。就原料價(jià)格而言，塑料相對(duì)便宜，而工業(yè)級(jí)的材料一克就達(dá)七八毛錢，小機(jī)器一克4毛錢。使用樹(shù)脂和金屬材料的打印成本會(huì)更高。
一個(gè)明顯例子是，“up！”系列個(gè)人3D打印機(jī)價(jià)格為9999元，打印一個(gè)小于12立方厘米的玩具可能需要3至4個(gè)小時(shí)，而工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)就更貴，價(jià)格達(dá)到十幾萬(wàn)美元。相比之下，同樣的產(chǎn)品拿到工廠開(kāi)模批量化，生產(chǎn)成本要低得多。
一、市場(chǎng)前景：
針對(duì)上海市場(chǎng)，本研究小組進(jìn)行了為期4周的社會(huì)調(diào)研，調(diào)查主要以調(diào)查問(wèn)券為主，網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷為輔的形式進(jìn)行，實(shí)際發(fā)出調(diào)查問(wèn)卷400份，收回有效問(wèn)卷373份。調(diào)查地點(diǎn)為：上海電機(jī)學(xué)院，復(fù)旦大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，東華大學(xué)，上海師范大學(xué)，上海大拇指廣場(chǎng)等地區(qū)。調(diào)查群體主要為社會(huì)公眾和大學(xué)生。根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，調(diào)查群體中近85%的受調(diào)查者聽(tīng)說(shuō)過(guò)3D打印機(jī)的概念，并對(duì)其有基本上的了解，這說(shuō)明，3D打印的概念在上海市的一般民眾的大腦中別不是一個(gè)特別陌生的概念，但進(jìn)一步調(diào)查顯示，僅有47%的受調(diào)查者了解3D打印技術(shù)的具體內(nèi)容，并能大概了解該技術(shù)可應(yīng)用的行業(yè)，這47%的受訪者中67%為在校大學(xué)生，而在全體受訪者中僅有12%的受訪者對(duì)于3D打印技術(shù)有著較為深入的認(rèn)識(shí)，了解該技術(shù)在國(guó)內(nèi)國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r，以及我國(guó)和國(guó)外主要做該產(chǎn)品較成功的公司，這12%的受訪者多為大學(xué)教授，在校理工科相關(guān)專業(yè)大學(xué)生，社會(huì)人士基本沒(méi)有。調(diào)查問(wèn)卷主要調(diào)查目的是為了了解人們對(duì)于3D打印這一技術(shù)的了解和認(rèn)知程度以及該技術(shù)的市場(chǎng)前景等，總體得出結(jié)論，該技術(shù)仍屬于認(rèn)知度較低的新興技術(shù)，在國(guó)內(nèi)屬于發(fā)展的早期階段，尚未形成較規(guī)范的市場(chǎng)。但是，
3D打印機(jī)作為一件帶來(lái)制造業(yè)生產(chǎn)方式革命性變化的發(fā)明，存在著起不可忽視的優(yōu)勢(shì)，其市場(chǎng)未來(lái)前景發(fā)展良好，具體體現(xiàn)在：
1.生產(chǎn)復(fù)雜的或多樣化產(chǎn)品不增加成本：傳統(tǒng)制造業(yè)制造工序越復(fù)雜，越華麗的產(chǎn)品，其成本也越高，而生產(chǎn)多樣化的產(chǎn)品則需要購(gòu)置各種設(shè)備（因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)備的生產(chǎn)功能較少），整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)筑成本非常高。但3D打印機(jī)制作只需要圖紙和材料，生產(chǎn)普通產(chǎn)品和生產(chǎn)復(fù)雜化多樣化產(chǎn)品的成本相差無(wú)幾。
2.無(wú)需組裝：生產(chǎn)出的產(chǎn)品直接成型，省略組裝就直接縮短了供應(yīng)鏈減少了工序，節(jié)省了勞動(dòng)力和運(yùn)輸方面的費(fèi)用，而且供應(yīng)鏈越短，產(chǎn)生的污染物也越少。
3.無(wú)需制造技能：傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中很多制造需要技工掌握相應(yīng)的技能，而3D打印從設(shè)計(jì)文件中獲得各種指示所需操作技能較少，并且非技能制造將開(kāi)辟新的商業(yè)模式，并能在遠(yuǎn)程環(huán)境或極端條件下為人們提供新的生產(chǎn)方式。
4.更廣闊的設(shè)計(jì)空間：傳統(tǒng)生產(chǎn)的設(shè)計(jì)的產(chǎn)品形狀受制于所使用的工具，3D打印機(jī)則突破這一限制，開(kāi)辟了更大的設(shè)計(jì)空間。
5.更高的資源利用率：傳統(tǒng)制造業(yè)對(duì)原材料的使用效率十分低下，大量的原材料被浪費(fèi)在了生產(chǎn)車間，而3D打印則有著跟高的資源利用率。
6.材料的融合：傳統(tǒng)制造業(yè)的制造機(jī)器在切割和模具成型的過(guò)程中不能輕易將多種原材料融合，3D打印技術(shù)的發(fā)展將可以融合這些以前難以融合的 材料，而形成的新材料將可能具有獨(dú)特的屬性和功能。
7.極為精確的實(shí)體復(fù)制：隨著掃描技術(shù)的不斷提高，3D打印將可以能實(shí)現(xiàn)對(duì)于實(shí)體掃描，編輯和復(fù)制，創(chuàng)建精確的副本和元件。①
3D打印機(jī)的這些優(yōu)勢(shì)使其在未來(lái)的制造業(yè)種將占有極為重要的位置，誰(shuí)能更進(jìn)一步的發(fā)展該技術(shù)，誰(shuí)就可以擁有更先進(jìn)的生產(chǎn)力，而生產(chǎn)力的先進(jìn)程度更是未來(lái)世界競(jìng)爭(zhēng)的重要元素。而在我國(guó)，如此重要的技術(shù)之所以發(fā)展相對(duì)較緩，除了技術(shù)因素外，市場(chǎng)需求反應(yīng)不強(qiáng)烈也成為起發(fā)展的重要掣肘因素，故對(duì)于其的市場(chǎng)開(kāi)拓顯得尤為重要。
二.3D打印機(jī)市場(chǎng)細(xì)分及應(yīng)用領(lǐng)域：
新技術(shù)的種種優(yōu)勢(shì)使其有著極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，也為其創(chuàng)造了巨大而又復(fù)雜的受眾市場(chǎng)，具體如下：
1.醫(yī)療行業(yè)：
現(xiàn)有3D打印技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用于醫(yī)療行業(yè)的眾多領(lǐng)域，例如：3D打印骨骼和假肢比起現(xiàn)有技術(shù)制作速度和精確度都有優(yōu)勢(shì)，并且成本并不比傳統(tǒng)制作高。不僅僅是骨科，口腔科、整復(fù)外科、腫瘤科都可以運(yùn)用到3D打印技術(shù)，上海市醫(yī)學(xué)會(huì)骨科專業(yè)委員會(huì)主任委員、醫(yī)院骨科醫(yī)院院長(zhǎng)袁文教授曾說(shuō)過(guò)：“3D打印模型清晰、精準(zhǔn)，有了它，術(shù)前設(shè)計(jì)可以非常精準(zhǔn)，不僅讓手術(shù)更順利，連與病人和家屬溝通也更方便。將來(lái)的醫(yī)院可能出現(xiàn)‘3D打印科’。”②
2.影視業(yè)：
各種影視道具的制作，面具等特殊用品的制作，利用3D打印機(jī)可以快速成型可以將現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演或編劇的部分創(chuàng)意快速實(shí)現(xiàn)，將一些場(chǎng)景模擬制作出來(lái)。但是，現(xiàn)階段由影視基地直接購(gòu)買3D打印機(jī)來(lái)進(jìn)行制作道具場(chǎng)景模型的較少，多是有3D打印機(jī)的公司接來(lái)自影視基地的制作委托，但隨著該行業(yè)的發(fā)展，影視基地自行購(gòu)買3D打印機(jī)來(lái)進(jìn)行道具制作的未來(lái)并非不能。
3.教育業(yè)：
鑒于我國(guó)國(guó)情，我們小組認(rèn)為現(xiàn)階段最需要3D打印機(jī)的教育機(jī)構(gòu)是高校，這里并不是說(shuō)僅僅將3D打印機(jī)作為些其專業(yè)的研究材料和研發(fā)對(duì)象，而是要將部分3D打印機(jī)向一般學(xué)生開(kāi)放，大學(xué)生理當(dāng)是中國(guó)最有創(chuàng)意的一群人，而3D打印機(jī)則是為大學(xué)生們提供了一個(gè)將自己創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)，很多非工科專業(yè)的學(xué)生有創(chuàng)意但卻苦于自身沒(méi)有相關(guān)技術(shù)無(wú)法將其實(shí)現(xiàn)，3D打印機(jī)的對(duì)一般學(xué)生開(kāi)放可以幫助大學(xué)生更好的實(shí)現(xiàn)其創(chuàng)意。根據(jù)我們的實(shí)地調(diào)查也有73.7%的大學(xué)生表示對(duì)于學(xué)校引進(jìn)3D打印機(jī)供一般學(xué)生使用表示支持。而針對(duì)中小學(xué)的教育投入3D打印機(jī)澤有利于將很多復(fù)雜的數(shù)學(xué)的或者抽象的概念具體化，加深學(xué)生的理解，從而增強(qiáng)教學(xué)效果，歐美國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始逐步試用，但考慮到我國(guó)的中小學(xué)教育現(xiàn)狀，在中小學(xué)引進(jìn)3D打印輔助教學(xué)必不實(shí)際，但可以是未來(lái)教育的趨勢(shì)。
4.文物行業(yè)：
文物作為一手史料，有極高的歷史研究?jī)r(jià)值，但是，由于其經(jīng)歷的時(shí)間過(guò)于悠久，極易于損毀，而3D打印機(jī)將文物以極高的精確度復(fù)制下來(lái)，這不僅有利于對(duì)于文物的歷史價(jià)值的發(fā)掘，更可以幫助修復(fù)受損文物。
5.建筑業(yè)：
建筑業(yè)是3D打印技術(shù)進(jìn)入的最早的領(lǐng)域之一。以前的3D打印技術(shù)還僅僅是將3D打印用于對(duì)建筑的設(shè)計(jì)和建模，例如：ABC成像公司制作的建筑模型，這些3D打印技術(shù)制作的模型的獨(dú)特處在于，由于精度極高，無(wú)法使用傳統(tǒng)注塑工藝實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)硬紙模型強(qiáng)度不夠，要進(jìn)行游廊后面柱子的雕刻就會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)崩壞，故3D打印建模的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)建模工藝。隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)可以直接運(yùn)用于建筑業(yè)，南加州大學(xué)的比洛克.霍什內(nèi)維斯已經(jīng)制作出名為輪廓工藝的建筑機(jī)器人，其工作原理與3D打印機(jī)基本一致，也是分層噴射材料擠壓成型，有著驚人的制造效率，20秒內(nèi)可以制造1平方英尺的墻。
6.飲食業(yè)：
飲食業(yè)的機(jī)會(huì)在于，3D打印技術(shù)能給飲食業(yè)帶來(lái)帶來(lái)制作工藝和創(chuàng)意方面的創(chuàng)新，3D打印出的食品具有的獨(dú)特口感也可以作為其賣點(diǎn)。
7.生活時(shí)尚用品：
3D打印技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)于生活時(shí)尚用品行業(yè)的影響十分深遠(yuǎn)，3D打印技術(shù)使每個(gè)人都可以成為設(shè)計(jì)師，將自己的創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)，而不必具備相應(yīng)的制作工藝和技能，而3D打印技術(shù)也使很多手工難以實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)，新材料，新設(shè)計(jì)也相伴而生，未來(lái)3D打印技術(shù)很有可能成為時(shí)尚產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。
8.航空航天業(yè)和軍事工業(yè)：
航天業(yè)的技術(shù)發(fā)展離不開(kāi)精確的制造工藝，一點(diǎn)點(diǎn)細(xì)微的誤差在航天業(yè)中都是不被允許的存在，傳統(tǒng)制造業(yè)為了滿足航空航天技術(shù)的需求，往往需要極其復(fù)雜的制造設(shè)備和有著豐富經(jīng)驗(yàn)和頂尖技術(shù)的技術(shù)工人才能提供相應(yīng)的航天材料和工件，而3D打印技術(shù)則可以很好的為提供精確的制造工藝。而且，3D打印技術(shù)也可以大大拓寬設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)空間，將電腦中的數(shù)據(jù)建模實(shí)體化，更加利于航天技術(shù)的發(fā)展。3D打印技術(shù)為軍事工業(yè)提供更多的設(shè)計(jì)空間和模式設(shè)計(jì)可能，但是由于我國(guó)國(guó)情，這兩個(gè)產(chǎn)業(yè)由國(guó)家壟斷，私人企業(yè)進(jìn)入門檻較高，故本文不著重介紹這些行業(yè)。
三.開(kāi)拓3D打印市場(chǎng)的策略
1.利用3D打印技術(shù)綠色生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行營(yíng)銷策劃
3D打印技術(shù)在部分生產(chǎn)領(lǐng)域可以減少生產(chǎn)工序過(guò)程中的大量污染，舉個(gè)例子：比如生產(chǎn)一塊玻璃，現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝是一條流水線，將經(jīng)過(guò)沙子高溫熔化塑型冷卻等工序制作成，期間會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體等污染，而3D打印機(jī)則可以在像沙漠等陽(yáng)光充足的地區(qū)利用太陽(yáng)能的熱量將沙子熔化再制造成玻璃器皿，整個(gè)過(guò)程完全綠色無(wú)污染，實(shí)際上在摩洛哥，馬庫(kù)斯.凱澤博士就實(shí)現(xiàn)這種3D打印機(jī)的制造，其名為“太陽(yáng)燒結(jié)器”。
根據(jù)著名的“阿特斯金可行性研究”，在生產(chǎn)塑料的工藝中，3D打印機(jī)生產(chǎn)比注塑機(jī)要提高大約10倍的耗電量，而且如果使用的是一些熱固性聚合物，這些材料制造后產(chǎn)生的廢料是難以回收利用的，而且在生產(chǎn)有較大空隙的塑料產(chǎn)品時(shí)這種浪費(fèi)尤為嚴(yán)重，而且產(chǎn)生的廢料只有40%可回收，60%都會(huì)被廢棄，但是好消息是注塑機(jī)在生產(chǎn)塑料過(guò)程中要使用一種有毒的化學(xué)“脫模劑”，而3D打印機(jī)則不需要，但從碳足跡的角度說(shuō)，在塑料制造上3D打印比起傳統(tǒng)制造優(yōu)勢(shì)并不大，水溶性支撐材料的利用率越來(lái)越高，就環(huán)保生產(chǎn)角度，該材料可能比其一般塑料更有前途。
2.進(jìn)行3D打印技術(shù)Fabapp平臺(tái)的開(kāi)發(fā)
這牽涉到3D打印技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，F(xiàn)abapp平臺(tái)就像iphone的應(yīng)用程序一樣，他會(huì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中提供指導(dǎo)，使你能將現(xiàn)實(shí)中自己的需求通過(guò)3D打印快速實(shí)現(xiàn)，例如：你在線購(gòu)買一個(gè)Fabapp，他為你提供指導(dǎo)，你上傳自己手照片和自行車手柄的快速光學(xué)掃描，設(shè)定顏色和材料，就可以擁有一副和自己手完美契合的手柄把套了。
但這樣的軟件多處于開(kāi)發(fā)階段，但它的出現(xiàn)是該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，將帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)，故可以嘗試投資該軟件的開(kāi)發(fā)，當(dāng)3D打印產(chǎn)業(yè)普及后，可以預(yù)期產(chǎn)生可觀的利益。
3.利用體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)對(duì)消費(fèi)者的吸引力
約瑟夫.派恩和詹姆斯.吉爾摩在《體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)》一書(shū)中提到，未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)體驗(yàn)度的作用會(huì)越來(lái)越明顯，產(chǎn)品對(duì)消費(fèi)者而言是枯燥又必須的，但獨(dú)特而鮮明的產(chǎn)品對(duì)消費(fèi)者更具有吸引力。③派恩和吉爾摩強(qiáng)調(diào)DIY創(chuàng)新的產(chǎn)品和技術(shù)更具吸引力，在體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)中，利潤(rùn)高的公司既銷售產(chǎn)品也給消費(fèi)者帶來(lái)切身的體驗(yàn)或觀念上的轉(zhuǎn)變，這種感受會(huì)提高消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的忠誠(chéng)度，并且愿意進(jìn)行二次乃至多次消費(fèi)。
而3D打印機(jī)這項(xiàng)產(chǎn)品正是迎合了這種經(jīng)濟(jì)模式的理念，對(duì)未來(lái)消費(fèi)市場(chǎng)頗具吸引力和影響力。它所生產(chǎn)的產(chǎn)品與提供的服務(wù)，在現(xiàn)在以及未來(lái)的消費(fèi)市場(chǎng)中，對(duì)于輕工業(yè)企業(yè)、網(wǎng)絡(luò)DIY設(shè)計(jì)者、藝術(shù)家以及追求生活品味的白領(lǐng)有著極大的誘惑。
4.創(chuàng)造一個(gè)能讓客戶充分體驗(yàn)到DIY的樂(lè)趣的文化氛圍
MakerBot公司的官網(wǎng)為他的客戶提供打印項(xiàng)目和技巧，幫助客戶慶祝紀(jì)念日等各種日子，創(chuàng)造獨(dú)特的有關(guān)3D打印的活動(dòng)，如“極客驕傲日”，為客戶提供3D打印產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件的下載，讓客戶更加容易享受到3D打印帶來(lái)的快樂(lè)。
這種娛樂(lè)性的方式將設(shè)計(jì)和制造變成對(duì)客戶而言平等，有趣且充滿變革的體驗(yàn)，相同的方法適用于推廣價(jià)格較低，面向一般人和小企業(yè)的小型3D打印機(jī)。
5.建立自己獨(dú)有的銷售平臺(tái)或者去經(jīng)營(yíng)銷售平臺(tái)
3D打印產(chǎn)品的受眾和生產(chǎn)者之間需要有個(gè)能彼此交互信息的平臺(tái)，消費(fèi)者希望能自己自己的生產(chǎn)要求，而生產(chǎn)者則希望自己的產(chǎn)品能被有購(gòu)買預(yù)期的消費(fèi)者看到，于是銷售平臺(tái)的重要性就不言而喻了，例如：Shapeways公司提供了一個(gè)創(chuàng)新型設(shè)計(jì)市場(chǎng)，該公司是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的市場(chǎng)，為設(shè)計(jì)師托管店面，為客戶托管以設(shè)計(jì)文件發(fā)送過(guò)來(lái)的3D打印制成品，它為人們提供了一個(gè)推銷自己3D打印產(chǎn)品的平臺(tái)， 100KGarages公司則是通過(guò)作為中介，聯(lián)系使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品的廠商和買家，作為中介獲取中介費(fèi)用，通過(guò)讓有需求的廠商在100kGarages網(wǎng)站上需求，再由生產(chǎn)商來(lái)接洽生產(chǎn)任務(wù)，這種經(jīng)營(yíng)模式也是3D打印產(chǎn)業(yè)中的一種可以存在的部分。這種平臺(tái)戰(zhàn)略不僅有助于推廣該技術(shù)，成功的構(gòu)建平臺(tái)的公司，將在未來(lái)這個(gè)行業(yè)的發(fā)展中取得極大的優(yōu)勢(shì)地位，而中國(guó)這種3D打印產(chǎn)品專有的平臺(tái)還屬于空缺狀態(tài)，有資本的投資者可以對(duì)這一領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注。
6.3D打印耗材的開(kāi)發(fā)與銷售
3D打印設(shè)備“買得起，用不起”，是很多國(guó)內(nèi)用戶的心頭痛，因?yàn)檫M(jìn)口耗材太貴。很多3D打印材料我國(guó)都不能實(shí)現(xiàn)自我生產(chǎn)，例如，滬上多家醫(yī)院的口腔科正與創(chuàng)新中心一起研發(fā)隱形正畸牙套，這種3D打印出的透明牙套，不僅美觀且使用方便④。上海市第十人民醫(yī)院口腔科副主任徐遠(yuǎn)志告訴記者，目前這種牙套靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴，若能實(shí)現(xiàn)其打印材料的國(guó)產(chǎn)化，費(fèi)用則可大幅降低。上海產(chǎn)研院已經(jīng)搭建3D打印技術(shù)創(chuàng)新中心，目前，該中心已入駐5個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，上海產(chǎn)研院院長(zhǎng)鈕曉鳴認(rèn)為，盡管上海錯(cuò)過(guò)了3D打印的技術(shù)初創(chuàng)期，但在這一產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng)期仍大有可為，所以，其配套的材料生產(chǎn)開(kāi)發(fā)，也是一個(gè)很有利潤(rùn)和發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)，就是對(duì)于技術(shù)要求不低，需要有條件的投資者進(jìn)入。
隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，市場(chǎng)也正發(fā)生著翻天覆地的大轉(zhuǎn)變，依托網(wǎng)絡(luò)建立的各種新的經(jīng)濟(jì)模式和成分已經(jīng)成為整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)越來(lái)越重要的一部分，“8.2法則”已經(jīng)不能完全適應(yīng)所有的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，而“長(zhǎng)尾經(jīng)濟(jì)”時(shí)代的到來(lái)，預(yù)示著這個(gè)市場(chǎng)對(duì)于個(gè)性化產(chǎn)品的需求和包容已經(jīng)上升到一個(gè)從未有過(guò)的高度，⑤而3D打印技術(shù)作為一種新興技術(shù)正適應(yīng)了市場(chǎng)的發(fā)展需求，所以，該產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展前景是可以期待的，各位投資者有理由注意該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以尋找適合的時(shí)機(jī)進(jìn)入來(lái)獲取利潤(rùn)。
參考文獻(xiàn)
[1]優(yōu)勢(shì)部分節(jié)選自中信出版社出版《3D打印：從想象到現(xiàn)實(shí)》胡迪.利普森，梅爾巴.庫(kù)曼著.
[2]《滬建3D打印技術(shù)創(chuàng)新中心 醫(yī)院今后或有"3D打印科"》來(lái)源：文匯報(bào) 作者：許琦敏.
[3]《體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)》B.約瑟夫.派恩 詹姆斯.H.吉爾默 著.
[4]《滬建3D打印技術(shù)創(chuàng)新中心 醫(yī)院今后或有"3D打印科"》來(lái)源：文匯報(bào) 作者：許琦敏.
