三維打印的一個未來

丁海驁

作為一項被制造業最早研發和應用的技術，三維打印技術最早出現在上個世紀的80年代。而真正讓三維打印煥發出新生機的一個標志性事件，是2013年時任美國總統奧巴馬的國情咨文——直到今天，三維打印已經從最初僅僅被應用于工程技術領域視覺原型的制造手段，迅速拓展到包括建筑、航空航天、汽車等領域的功能原型和備用零件制造，甚至拓展到消費領域。由于三維打印技術涉及到包括工程、軟件、制造、材料、數控等各個不同學科門類，也因此成為近年來難得一見的、同時被包括投資者、IT企業和應用共同關注的一項“面向未來”的新型加工技術。

三維打印技術越來越火爆，首先有一個最主要的原因，是包括工業、建筑業等各個領域，行業自身發展都已經到了一個“節點”，需要實現某種程度的突破以實現行業發展模式的轉變。以離散制造業為例，隨著數控加工技術、CAD技術、軟件技術等被廣泛應用，行業自身業務發展已經邁過了“提升效率”的門檻——至少有明確的方法和步驟——因此如果構建更有優勢的競爭力和業務模式，成為這類企業自身發展的問題。而三維打印技術，很大程度上給了這類企業實現從設計到制造更有成本優勢的方向，甚至可以從根本上改變現有業務形態、工藝方式，這對這類企業來講，非常具有吸引力，值得嘗試。而且對于業界來講，對三維打印技術未來價值的期待，也一定不僅僅是滿足個人用戶的“創造”興趣，而是真正能夠在企業級應用當中發揮更大的價值。

另外一個不能忽視的原因，是技術的逐漸成熟：第一批三維打印技術的專利保護已經解禁，更多人參與研發的三維打印技術已經發展到了歷史上技術最成熟的階段。與三維打印技術自身發展相對應的：包括材料技術、數控加工技術，以及CAD、PLM、ERP等工業企業相關軟件技術也到了一個相對成熟的階段，加上互聯網、云計算、5G等技術的發展，實際上就使得從虛擬世界的設計到現實世界的生產，在理論上具有了實現的可能——從CAD系統產生的三維模式數據，可以通過網絡傳遞到世界上任何一臺三維打印機上進行生產，而且整個過程都可以通過PLM和ERP等進行管理。

然而從技術的發展模式到現實的應用，目前三維打印依然面臨二個最大的現實阻礙：首先是實用性的問題。依然以制造業為例，目前制造業所有的設計標準、參數和方法都是面向傳統的材料和傳統的加工方式，而三維打印由于零部件成型機理與傳統加工方法完全不同，而且應用完全不同的全新材料，因此暫且不論加工精度和成本的問題，利用傳統設計知識、采用新型方法制造的零部件是否能夠滿足最終使用的性能要求和安全要求？這還需要在學術和實踐層面的驗證。其次是材料問題。三維打印與傳統加工方法最大的不同，在于對材料的處理方式不同，因此雖然一方面刺激了材料行業的發展，另一方面也對新材料提出了更多的需求。在此基礎上，從整個經濟構成上看，隨著新材料提供企業成為一種新生力量，原有從材料領域（鋼廠）到工業領域（制造廠）再到用戶之間原有的產業鏈條、生態和商業模式，也在發生改變。

“三維打印技術能夠運用的非集中制造，能夠在全世界的制造廠打印出他們所需要的部件，而傳統的加工方式是集中式。”Jos Burger，Ultimaker首席執行官，在強調三維打印對于現有制造方式和企業運營模式存在巨大的改造價值的同時，尤其強調目前在三維打印技術和傳統加工制造方式之間，存在一個發展過程中的彼此彌補，而在此過程中，三維打印技術正在努力在其中獲得更多的價值空間：“我們的策略是在產品的生產周期里，某一項或者是某一些項目投入更多專注。例如現在Ultimaker可以縮短制造原型，并且能夠制造出非重要的零件或者急需的機器零件……還不到能夠大量制造出最終使用的零件，這也不是我們所要去的一個領域，因為用傳統的制造方式做的更好，更便宜，更快。”

成立于2011年的Ultimaker是在本輪三維打印技術大潮中涌現出來的代表，其憑借桌面級三維打印硬件設備和軟件系統，已經在全球多地設立了辦事處，與眾多的工業企業、CAD廠商等都有密切的合作，號稱“每周有超過100萬件物品從Ultimaker Cura中誕生。”而Jos Burger則是一位擁有多個行業20多年從業經歷的職業經理人。

在Jos Burger為Ultimaker規劃的市場定位中：三維打印技術短期內的目標是在現有工業產品生命周期當中的概念模型、視覺原型、生產工具（工夾具）、功能原型、小批量/特殊產品和備用零件生產等關鍵節點進行滲透，發揮自身優勢，彌補原有工業領域效率、業務模式等方面的不足。

“傳統制造其實不是我們的競爭者，反而是互相扶持：他們能夠做到的，我們做不到；我們能夠做到的，他們做不到。他們用傳統的方法制造出簡單、便宜，而且在非常短的時間內制造很多的部件。但是如果想要制造出復雜、定制的部件，三維打印技術還是占優勢的。例如在醫療方面。”陳世蔚，Ultimaker現任亞太區副總裁進一步解釋說。

這實際上不僅改變了原有普遍存在的將“三維打印技術”和“傳統加工方法”對立起來的看法，而且也的確符合三維打印技術從技術到應用的科學發展邏輯，很大程度上解決了三維打印的實用性問題。

與此同時，作為FFF熔絲制造成型技術的代表，Ultimaker的材料主要集中在非金屬的PLA和ABS樹脂方面。“復合材料，塑料和金屬等三維打印材料，其實Ultimaker沒有把哪一個看得比另一個重要，它們都是在一個平等的位置上。”即便如此，Jos Burger還是認為，現在的復合材料的屬性都已經非常接近金屬的屬性，“它的韌性或者是它的剛度，都和金屬接近。而且復合材料的一個好處是：他們比起金屬更輕，因此對航天航空工業和汽車工業來講，更有吸引力。”

因此在2018年5月，Ultimaker與全球材料公司合作成立了“Ultimaker材料聯盟項目”：通過與這些全球頂級材料公司的合作，共同開發用于Ultimaker三維打印機上的高級工程塑料和復合材料，以滿足與來自企業用戶的工業級工程材料需求。而從產業的角度看：三維打印技術產品提供商與材料提供者之間形成技術聯盟，在很大程度上是降低了企業對三維打印技術、硬件和材料等方面的選擇難度，縮短了從材料到產品之間的鏈條，提高了企業應用三維打印技術的信心。

“FFF 桌面3D打印依然是所有3D打印技術中最實用和最容易使用的。我們希望通過在Ultimaker Marketplace中提供獨特和先進的材料，為更多工程師提供無限的新應用。”日前包括Polymaker、Essentium和易生在日前的TCT 亞洲展上宣布加入該項目，Polymaker總裁羅小帆如是說。

寫在最后

實際上，作為一個關注工業領域近20年的從業者，筆者對于三維打印技術之前一輪的“爆紅”始終保持一種審慎的樂觀。現在，各個領域顯然都已經開始用一種更加有利于技術發展的態度來看待三維打印技術：像Ultimaker一樣，正確定位三維打印技術的現實價值和應用突破口，并且從產業鏈上做更多的整合，以實現對行業更有效的滲透。我們可以憧憬一個從虛擬到現實的產品誕生過程，但這這一過程仍然需要大量的實踐——我們終將能夠用三維打印制造一個全新的世界，但是那將發生在未來。