3D打印，看上去不美

“出售自用桌面3D打印機，9月份剛剛購買，還包含一多半的材料。”一個網友在某3D打印愛好者聚集的QQ群里留下了這樣一段話。遺憾的是，幾天來他的機器無人問津，哪怕他已經在原價基礎上打了七五折。

群里有人問他:“你買來有沒有接過一些生意做啊?”這名網友慨嘆:“要能接到我就靠機器賺奶粉錢了。”

不過，相比大部分“群友”，這名網友還是領先一步。盡管在這個QQ群里不乏相關產品開發人員、機械設計師等專業的3D打印技術愛好者，然而大部分人都沒有為自己添置一臺桌面3D打印設備。他們在觀望什么?

器官病變了，不用等移植，未來我們可以打印出一個直接換上;飛機機翼壞了，波音也許以后就用3D打印技術(3D printing或者Three Dimensions printing)造機翼了;電腦沒有顯示器也不用擔心，可以等上幾小時打印出來一個。這些還不算稀奇，有報道稱，美國陸軍已在阿富汗部署了移動實驗室，配備原型設計和印刷設備，能夠利用3D打印技術為士兵現場創建工具和其他設備。覺得房價太貴，還在蝸居嗎?美國南加州大學的Behrokh Khoshnevis教授正在考慮利用3D打印技術造個房子出來。美國有個名叫艾瑪的2歲小女孩，很不幸地患上了關節彎曲癥，通過3D打印技術，醫院為其創造了可移動的塑料外骨骼。

以上這些由3D打印所創造的奇跡，有的正在發生著，有的未來可能就會發生在我們身邊。《經濟學人》雜志負責創新與科技報道的編輯、《第三次工業革命》系列報道撰稿人Paul Markillie這樣形容3D打印的作用:“3D打印機除了具有無人值守的特點之外，還能制作許多對傳統工廠來說太復雜而做不了的東西。假以時日，這些神奇的機器將可能在任何地方制造出你想要的任何東西，無論是在自家的車庫，還是非洲的某個村子。”

這些故事和言論令人對3D打印充滿著好奇，也充滿著期許。這也可以解釋，為什么近一年來，3D打印屢屢受到股市投資者的追捧。

此“3D”非彼“3D”

說起來，3D打印并不是什么新的技術類別，其歸屬于快速成型(Rapid prototyping)這個大的技術類別。快速成型技術誕生于上世紀80年代，主要被用來描述可以快速制造物理模型或者使用CAD(computer aided design)數據進行裝配的一組技術。常見的快速成型技術包括立體光刻(Stereolithography，SLA)、選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、分層實體制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)、熔融擠壓堆積成型(Fused Deposition Modeling，FDM)、實體磨固化(Solid Ground Curing，SGC)，以及我們所說的3D打印等20余種。

從概念上，快速成型為其技術實現提供了一個統一的基本概念，其過程是首先將實際物體的3D數據沿某一坐標軸進行分層處理，也就是將3D物體進行虛擬化的切片，得到無數個二維界面，并由此形成每層截面的二維截面數據，然后再按照上文所述的特定成形方法和技術每次只加工一個截面，這一過程反復進行直到所有的截面加工完畢生成3D實體原型。

所有的快速成型技術都會遵循這樣的基本準則。只不過不同的技術在實現方式上有所不同。在這其中，有利用紫外激光在光敏樹脂表面掃描將材料固化的，有將熱熔性材料熔化后移動擠壓噴絲的，還有像3D打印技術這種利用逐點噴灑粘結劑來粘結粉末材料的，門類眾多不一而足。

形象地說，這就好像是蓋房子一樣，基本理念是在地面上不斷向上壘砌墻壁，最終形成一座建筑物。只不過到底是通過砌磚、水泥澆筑抑或是更加新穎的一體成型，這就要看用戶的選擇了。

由此我們可以看出，實際上我們所說的“此3D打印”并不同于技術學科領域的“彼3D打印”。“正宗”的3D打印的工作模式是通過鋪粉、印刷、再鋪粉、再印刷的過程產生實物的(見圖1)。只不過，在人們的理解與溝通中，3D打印無論從叫法還是概念理解上都比較通俗，所以其在某種程度上已經取代了快速成型。當然，這并無傷大雅，畢竟名字只是一個代號而已。在本文中，我們也將錯就錯，以3D打印這個稱呼來覆蓋整個快速成型技術集合。

3D打印貴嗎?

3D打印的名字聽起來好理解而且通俗，不過，其也會給很多人帶來誤解。比如，有人就認為所謂3D打印只是在紙上打出一個凹凸有致的浮雕，也有人認為只是打印出一套3D立體畫，還有很多人聽到3D打印的名詞就會不由自主地想起佳能、愛普生、富士施樂這些傳統打印設備供應商來。

實際上，通過上面的介紹我們已經看出來，3D打印并不是以紙張為基礎介質的技術，和那些傳統打印設備商也沒什么關系。3D打印正在走出一條“自成一統”的新路。

從用途上來看，3D打印設備主要分為大型商用產品以及桌面家用兩類。在這其中，大型商用產品早已經使用多年，相關技術已經成熟，市場競爭相對穩定。而桌面家用類產品在這兩年間逐漸開始普及，參與其中的廠商也在不斷增加。3D打印之所以能夠在近期得以為大眾所知，與桌面家用產品的誕生不無關系。

作為一個新興市場，桌面家用類3D打印產品得到了很高的關注度。如今，不僅原有生產大型商用產品的廠商開始逐步推出桌面家用產品，同時，一些初創公司和創業團隊也在開始利用Reprap等Open design開源項目(對公開共享設計信息的使用，遵守GNU協議)研發桌面家用3D打印設備。國內的銘展科技、閃鑄科技等公司都已經在小規模量產3D打印設備。

桌面家用類3D打印產品的出現，將原本最低也要幾萬元人民幣采購成本的設備價格直接拉入了萬元以內。如今，有創業團隊甚至推出了350美元(約合2200元人民幣)的3D打印機。當然，桌面家用產品在功能和性能上同大型商用產品相比還有一些局限。桌面家用產品主要采用熔融擠壓堆積成型技術，一般只能生成單色工程塑料產品。在打印精度上，桌面家用產品也沒有大型商用產品高。

目前，3D打印已經能夠應用工程塑料、光敏樹脂、尼龍、復合型材料、金屬、陶瓷等多種材料完成，而每種材料的成本根據原料材質也有所不同。以最為常見的ABS工程塑料為例，根據成分含量的不同，其每公斤的價格從幾十元到數千元不等，價格差距很大。

3D打印的應用范圍主要包括機械制造、工業設計、醫療器械、教育培訓、建筑設計以及動漫藝術等領域。除此之外，甚至于在信息技術領域的熱門話題“云計算”都同3D打印有著密切聯系。

“北京工業云計算服務平臺”是北京市計算中心于2009年開始自主設計搭建的一套服務體系。這一服務體系按照從設計到CAE分析及優化，再到快速成型并制造的過程進行，摒棄了原有工業設計制造領域常見的設計、制造、實驗、再設計、再制造、再實驗的復雜模式。

北京市計算中心虛擬現實事業部經理季紅認為，3D打印在醫學方面和小型工業模具加工方面較傳統制造加工工藝的成本和成型效果都有較強優勢;特別是在單件、小批量制造中，使用快速成型技術直接進行成型，其成本低、周期短，更能體現出其優勢。“一個350mm x 350mm x70mm的光敏樹脂模型，從開始打印到結束打印只需要4個小時的時間。”季紅介紹說。

通過實際應用，北京市計算中心一方面充分利用了3D打印的優勢，同時也察覺到了一些不足之處。季紅認為，目前打印材料成本偏高是制約3D打印發展的最大瓶頸。除此之外，其材料的顏色還比較單一。同時，材料的硬度、脆度等方面還有待改進。

將中國制造業逼上絕路?

3D打印機，特別是桌面家用3D打印產品的出現，讓很多人突然意識到，未來，我們的制造模式和流程將會由此發生重大的改變。

美國經濟學家Jeremy Rifkin曾在2007年撰文指出，網絡技術和可再生能源的融合將導致第三次工業革命(the Third Industrial Revolution)的爆發。如今，包括歐洲議會在內，越來越多的人已經開始認可這一說法。Jeremy認為，3D打印技術的普及是第三次工業革命的重要標志，其意味著一種新的制造方式得以應用。

英國《經濟學人》(The Economist)雜志認為，在以數字化制造及新能源、新材料為主導的第三次工業革命時代，生產力和生產關系又將發生一次重大變革。而3D打印的普及，無疑是這一時代將要來臨的一個標志。人力勞動大規模地為機器所代替、制造工廠將向發達國家“回流”都是第三次工業革命將會帶來的變化。

《經濟學人》的這一觀點，讓很多人簡單地將3D打印與第三次工業革命畫上了等號。如果我們在網絡上搜索“3D打印”關鍵詞的話，返回出來的搜索結果中有很大一部分都是在談論“3D打印顛覆傳統制造業”、“3D打印將會取代所有制造業”、“3D打印‘革了制造業的命’”等話題。

然而，真的是這樣嗎?Made in China即將成為過去?

其實也不盡然。3D打印是以快速成型為目標而出現的。一直以來，其在商業上所承擔的任務主要是生產模型、模具，以用來降低研發周期和成本。同時，相較傳統的手工泥塑、雕刻模型，3D打印又更為快捷方便。然而由于成本的制約，到目前為止，還很少有人利用3D打印來批量生產產品。

桌面家用類3D打印機的出現在很大程度上降低了打印設備的成本，但是相應的，打印精度和質量又都有所下降。實際上，由于技術限制，桌面家用類3D打印設備生產出來的物品并不具有太高的觀賞性和實用型，對于普通人來說這是很難接受的。這也就可以理解，即使3D打印已經受到了很多人的追捧，但是真正購買了桌面家用產品的人卻并不多。

作為國內較早開始投身3D打印領域的廠商，北京太爾時代科技有限公司不僅生產商用3D打印產品，而且近年來也開始推出桌面家用產品。其也是國內為數不多擁有自己技術的廠商。“我們早已經開始在淘寶上售賣3D打印產品。”北京太爾時代科技有限公司培訓部經理郭嶠表示，“但是目前來看賣的并不多。現在桌面家用類產品還在處于一個市場推廣階段。”

郭嶠認為，從這幾年3D打印的發展歷史來看，其非但沒有太大規模地威脅到中國的制造業，反而提升了自有的設計能力，“在3D打印的幫助下，我們有能力設計出自己的東西，從制造中心向設計中心轉型。”

北京上拓科技有限公司是一家長期投入于3D打印市場的企業，目前其不僅代理了多款國內外廠商的3D打印設備，同時也在推出自有產品。此外，其還經營著一個名為“叁迪網”的3D打印服務網站。上拓科技區域經理周燕對于在線3D打印服務有著很高的期許:“我們從去年開始做市場推廣，今年公司內部也對其定下了一定的業務量。”不過，周燕也坦承，3D打印服務要想在國內為大眾所接受，還需要一個適應過程。目前，上拓科技80%的業務量還都是來自于企業市場。

北京工業設計促進中心科普培訓部主管王萌萌認為，時至今日，3D打印技術已經創造了新的商業模式，同時縮短了開發周期。不過，3D打印想要真正在大眾市場“破繭而出”，還需要解決兩個方面的問題:“首先，不具備設計知識的普通人如何方便地去呈現自己想要的內容?其次，在普及過程中如何進行知識產權的保護?”王萌萌同時提到，針對3D打印產品的相關標準目前還沒有建立，目前所采取的做法大都是將3D打印向傳統工業制造標準上去靠。“標準的問題會隨著產業發展而逐步解決。我們目前正在做這樣的工作。”王萌萌說。

中國社科院工經所工業發展研究室副主任李曉華認為，第三次工業革命提出的個性化生產、數字化制造、3D打印等，成本要高于大規模生產的產品。在現在世界經濟蕭條的背景下，消費者應該會更加愿意追求低成本的產品，因此第三次工業革命對中國工業的負面影響目前來看還很有限，但中長期的影響，不能掉以輕心。

國務院發展研究中心產業經濟研究部部長馮飛在媒體采訪中曾表示，第三次工業革命的一個特點，就是就地化生產。這會影響到產業競爭力的核心，所以可能會有一些企業回流到市場范圍大、市場需求多層次比較突出的一些地區。不過，與此同時，中國大型的市場規模也在呈現個性化的特點。他認為:“第三次工業革命過程就地化生產的特點，對中國來講可能反而是一個機遇。”

“賦予3D打印‘第三次工業革命’等意義，實際上來自歐美國家的推動。金融危機后，歐美國家發展已經停滯，尤其需要制造業回歸，這個時候老的生產方式已沒有優勢可言，隨之3D打印技術順理成章與之結合了起來。”科技部國家制造業資訊化培訓中心3D數字化技術認證培訓管理辦公室主任魯君直言不諱地表示，“最近這么多3D打印新聞冒出來，這中間很多只是噱頭，主要是美國兩家從事3D打印的上市公司巨頭Stratasys和3D Systems在背后推動。或者只是實驗性質，根本沒有推向應用。”

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《第三次工業革命》節選

同所有的革命一樣，這一次(編者注:第三次工業革命)也將是破壞性的。數字技術已經對材料和零售行業產生了重大影響，這同機械棉紡廠將手工紡織機打入冷宮，福特T型車讓專職馬匹獸醫失業是一樣的。面對著未來的工廠規劃，很多人會感到不寒而栗。未來，這些工廠中將不會再擠滿身著油膩工作服、圍坐在骯臟機器旁的工人。他們都會換上干凈的衣服，體面地坐在家里，這是因為他們失業了。每一名汽車工廠的員工可以生產兩輛甚至更多的汽車，而在過去這往往需要十幾個人來完成。大多數的工作將不會在工廠車間完成，而是圍繞在辦公室附近進行。這些辦公室里會坐滿了設計師、工程師、IT專家、物流專家、營銷人員和其他專業人士。未來，制造業的工作將會需要更多的技能。許多枯燥且重復的任務將成為過去:當產品不再需要鉚釘時，老板們也就不會需要鉚工了。

革命不僅會影響制造流程，也會關系到產地。過去，企業會將工廠轉移到低工資的國家，以遏制勞動力成本。不過如今，這一要素對企業經營的影響卻越來越小:一臺價值499美元的第一代iPad，其中制造的人工成本只有33美元，而在中國進行最后組裝的人工成本只有8美元。為什么越來越多的海外生產制造業務正在向發達國家“回流”?這不是由于中國工人的工資水平上漲了，而是由于企業想要更加貼近客戶，使他們能夠更快速地響應客戶需求的變化。同時，對于復雜產品，這種“回流”可以使得設計和生產合為一處。Boston Consulting Group預計，到2020年，如今美國從中國進口的10%~30%的產品(交通、計算機、金屬制品和機械等領域)都可以在本土生產，這將會推動美國一年的出口額達到200億~550億美元。

——節選自《經濟學人》(The Economist)雜志，文章標題《第三次工業革命》(The third industrial revolution)