3D打印，緩慢的“革命”仍在繼續

張云亭

清鋒科技位于寧波的3D打印工廠。

2020年以來的新冠疫情讓3D打印技術再次回歸大眾視野。面對醫護物資短缺問題，一些設計師、制造公司利用這項技術制作防護面罩、護耳夾和呼吸閥中的關鍵部件，3D打印一時成為救場奇兵。

3D打印的技術名稱為“增材制造”（AdditiveManufacturing），簡單來說，是把數據和原料放進3D打印機，用程序控制物質的形狀、構成和行為，將材料逐層堆積后制造出實體物品。傳統制造業采用的材料加工技術多為“減材制造”，即通過切削原材料生成新產品。1986年，美國科學家Chuck Hull發明了第一臺3D打印機，開啟了該技術在業內的廣泛應用。

2012年，《經濟學人》雜志在封面報道中重點討論了3D打印技術，并將其稱為能引發“第三次工業革命”的眾多突破之一。作者評價稱，3D打印能提高知識型勞動者的地位，甚至能改變經濟發展形態，推動資本主義由壟斷、集權式向分散、自由式過渡。

3D打印行業媒體南極熊告訴《第一財經》雜志，2015年至2016年是行業熱度的最高峰，全中國同時有1000多家相關公司，當時有大量投資人將目光看向這一“朝陽產業”。據市場調研機構艾媒咨詢發布的數據，2016年，中國3D打印市場的規模約為109億元，同比增長了38%。

惠普使用MetalJet 金屬3D打印技術用于批量化生產。

易加三維齒科領域3D打印零部件。

易加三維航天領域3D打印零部件。

但就像資本市場很多類似的故事一樣，經歷一段時間的輿論喧囂后，3D打印賽道似乎逐漸沉寂了—人們早年預期發生的種種改變并未如約到來，公司倒閉，投資者撤離……對普通消費者而言，3D打印仍是一個有些陌生的名詞。

原本，疫情中的應急需求應該是一個推動行業發展的契機。但一年過去，疫情期間火熱的各類DIY式的3D打印技術并未讓這個行業出現跨越式發展。這個被認為可以重新定義我們設計產品的方式、創造新的商業模式，甚至能拯救生命的技術，如今正處于一個尷尬的局面：看起來前景明亮，事實上卻長期處于緩慢進程中。

“整個行業的發展速度比我想象的要慢，我們幾年前就預計會有很多家庭購買3D打印機，在工業生產中也可以大量應用，但就目前的市場來看，應用的體量還很小。”南極熊創始人黎海雄說。

2013年，美國康奈爾大學教授胡迪·利普森在專著《3D打印》中預言，3D打印領域會出現一家類似于蘋果的公司，它們將采用相似的消費者戰略，比如開發出一款爆款應用程序，或者創造出一個用戶友好的端到端平臺，3D打印的家用和消費者市場會因此呈爆炸式增長。

8年后，這樣的預言依然只是預言。事實是，大部分國內消費者和小企業并未深入了解3D打印，或者還沒有動力購買家用或辦公用的3D打印機，3D打印市場仍囿于制造業和工業設計中。

難以實現規模化，是3D打印行業始終面臨的難題。據多位受訪者介紹，目前3D打印公司的業務仍以項目制為主，但項目本身很難實現規模化，投資人下手會相對謹慎。

物流行業的高速發展也在一定程度上對3D打印行業造成了擠壓。對企業而言，高效物流可以讓全球各地的廠商共享供應鏈，有樣件生產需求的企業可以直接找到設備生產商下單，而不用自己添置一臺3D打印機;對普通消費者來說，當日達、次日達的物流周轉速度提供了極大便利，電商平臺豐富的品類已經讓人目不暇接，“用家用打印機做東西”也因此變得過于理想化。

早期的3D打印從業者主要靠生產打印制造裝備盈利，作為整個產業的中游環節，設備商掌握整個3D打印過程的核心技術，來錢速度快，也容易自成體系。前瞻產業研究院發布的一組數據顯示，2016年，設備銷售帶來的產值占到了3D打印行業總產值的一半，緊隨其后的是材料技術和打印服務，產值比例只有26.9%和23%。

但據黎海雄觀察，不同技術種類的打印設備，銷售情況也不大相同：某些種類的3D打印機（如全彩石膏3D打印機）并沒有想象中那么好賣，賣出之后，許多客戶也并沒有借此將生意做大，導致此類打印機復購率低下，但金屬3D打印機、光固化樹脂3D打印機等機型近幾年增長迅速。“如今發展到做服務和做應用，用3D打印機給細分行業打印零件產品逐漸成了更主流的模式。”他說。

國內工業級3D打印設備制造和解決方案提供商易加三維，正是這一趨勢的見證者。這家公司成立于2014年，主要面向加工廠提供to B業務。憑借近30年的從業經驗，易加三維創始人馮濤很早就意識到，3D打印設備的市場不應局限于模型制造，而是更廣泛的產品或零部件直接批量制 造。

從模型制造到零部件的直接制造，背后是相關技術的長足發展。據馮濤介紹，過去3D打印設備采用的技術名為快速成型（rapid prototyping），依靠此技術可以快速生成物理實物模型，方便驗證設計和功能，及時發現問題。如今這項技術發展成為直接制造（direct manufacturing），客戶購買3D打印設備后可以直接基于數字模型生產出最終零部件，并投入使用。

當3D打印設備可以直接生產關鍵零部件時，企業客戶的購買需求自然也會增強。2019年，易加三維的金屬3D打印設備出貨量為52臺，設備單價在100萬至數百萬元不等。這并不是一個多大的出貨量，但馮濤看到了近兩年有一個很大的變化，“設備的買方基本上是真正的用戶，這些設備作為生產工具在日夜不停地運行。”

面向不同的細分市場，易加三維還配套推出了不同的設備類型。由于目前3D打印細分市場的發展程度還不充分，易加三維的3D打印設備主要限于齒科機、模具機和航空航天機三大類。這意味著，3D打印行業正在走出靠售賣標準化機器盈利的傳統模式，與產業鏈的中下游結合得也更緊密。

這一商業模式的轉變并不只發生在國內市場。Materialise是一家比利時軟件和3D打印服務提供商，其CEO在公司發布的2019年行業趨勢報告中稱，3D打印行業將由技術驅動轉向應用驅動，投資人的焦點將不再是機器制造商，而是傾向于投資那些在特定領域應用3D打印創造真正價值的公司和初創企業。

如今，工業領域的3D打印機可以幫企業制造大到汽車、小到肉眼幾乎無法看到的針頭等物品。在國內，3D打印的應用場景主要包括航空航天、軍工、首飾珠寶、醫療正畸等領域，比如航空航天領域產品線上成批的復雜零件，以及用光學掃描捕捉內耳的精確形狀，實現助聽器定制生產等。

不過，這些廣泛的應用場景同時也意味著市場需求的相對分散，對一項尚處于成長階段的技術而言，這種分散性并不一定是好事。大多數初創公司總是能推出一個博人眼球的好主意，隨后便沉寂在無數的創意中。

根本原因是面向B端的3D打印產品可以輔助傳統制造業解決部分痛點，但難以實現高頻率購買，自然也就無法產生規模化效應，降低成本。因此，近年來3D打印公司意識到，那些離消費者更近的行業會更多地帶動3D打印行業的發展，比如齒科。

易加三維近年來的服務對象之一就是齒科企業，從2019年該公司設備銷往的主要應用領域來看，盡管航天航空類占了大頭，但齒科在內的醫療需求也占到總銷量的25%。不論是醫生用來分析牙齒整形方案的“牙模”，還是直接用于患者的隱形矯治器，都可以利用3D打印技術，通過數據掃描的方式實現個性化定制。據馮濤介紹，這些齒科企業以私企為主，規模小，熱衷創新，3D打印技術可以幫助它們節省工序、人力和管理等多種環節。

這正是3D打印相較于傳統制造業的優勢所在。傳統制造業大多依賴規模經濟，大規模生產具有高效優勢，能增加企業利潤、降低消費價格，但這往往意味著冗雜的組裝和運輸環節。3D打印省去了產品的零部件組裝環節，同時也縮短了供應鏈，節省了在勞動力和運輸方面的花費，適用于定制的、具有高邊際收益的產品。

惠普是少數選擇長期投入在3D打印技術上的制造業巨頭之一。惠普此前在接受媒體采訪時表示，避免像其他硬件公司一樣陷入云計算發展帶來的硬件銷售困境，是惠普進入3D打印賽道的動因之一。

2013年至2019年全球3D打印市場規模

數據來源：Wohlers Report

2015年至2020年中國3D打印市場規模及預測

數據來源：中商產業研究院

早在2010年，惠普就曾與3 D打印機廠商Stratasys合作，利用后者貼牌生產惠普的3D打印機。此后，惠普中斷了這一合作關系，但保留了內部研發團隊。2014年，惠普公布其自主研發的“多射流熔融”（Multi Jet Fusion）技術，并于2016年將這項技術商業化。該技術脫胎于惠普平面打印的熱噴墨技術，其打印機有3個噴頭，共計3萬個噴嘴。惠普宣稱，該技術可以將打印速度提升10倍，同時降低一半成本。

惠普2021年第一季度財報顯示，第一季度惠普的營收為156億美元，其中個人系統部門的收入達106億美元，主要包括筆記本電腦、臺式機和工作站等，其余50億美元來自打印部門，收入增長率為7%。

盡管財報并未具體披露3D打印業務的財務狀況，惠普總裁兼CEO E nrique L ores在財報電話會議上積極地表示，“在3D打印和工業圖形方面，我們將繼續在整個產品組合中創新，為未來的增長做好準備。我們的客戶繼續將多射流熔融技術用于生產級輸出，我們發現整個客戶群中3D打印零件的數量增長了30%以上。”

惠普的3D打印技術也應用在了醫療物資生產領域，這為全球新冠疫情防控提供了有效控制。“疫情期間，惠普在全球一共打印了400多萬個關鍵性醫療部件，比如重癥患者急需的呼吸機，我們用3D打印改善閥門設計，保證它的呼吸能力得到進一步加強。”惠普亞太及日本地區3D打印及數字化制造業務總經理Alex Lalumiere對《第一財經》雜志解釋稱，這類由3D打印生成醫療產品的路徑，很大程度上會逐步取代原有的車床沖壓加工方式。

2019年，惠普還與國內3D打印和數字化應用解決方案提供商達成合作，在矯形與康復修復領域為患者提供高度定制化服務。

不過，對一些小型企業或創業公司而言，發展火熱的醫療行業并不是進軍3D打印市場最理想的切口。馮濤表示，相較于大體量的工業級產品生產，諸如牙套等齒科打印的技術門檻并不高，但規模較小的齒科企業無法承擔高昂的打印服務成本，這意味著齒科生意雖好做，但競爭者多，利潤空間不大。另一方面，醫療行業對產品材質和性能的要求不低，如果企業自己研發3D打印材料，必然面臨資質審查，拉長產品的上市流程。

材料，被幾位受訪者一致視為制約行業發展的關鍵瓶頸。理論上，3D打印可以打出許多物品，但許多產品對材料的韌性和強度有著嚴苛要求，而當下的合成材料技術并未達到生產者可以“為所欲為”的程度。現有的3D打印材料通常適合打印復雜但柔軟的物品，當產品在強度方面要求較高時，3D打印產品的力學結構和功能性都要重新開發。在航天航空和汽車等對性能和質量要求苛刻的行業，材料的重要性尤為凸顯。

目前供3D打印機使用的材料種類并不多，僅限于塑料、金屬、橡膠、陶瓷和光敏樹脂等，且用料成本大多高昂。這些材料均針對3D打印設備專門研發，形態多為粉末、絲狀、液體狀，與普通材料并不相同。

金屬粉末是當下業內最主流的材料之一。“相對于非金屬類材料而言，金屬材料的整個供應鏈比較全，而且金屬材料強度高，打印出來的和傳統鑄造出來的性能很接近，甚至超過以往。”馮濤說，金屬粉末的廣泛應用得益于激光技術的發展，由于激光具有能量密度高的特點，可實現難加工金屬的制造。這并非3D打印行業單打獨斗的成果，而是整個激光產業鏈的發展促成的。

和國內企業對材料研發的謹慎態度不同，許多國外的大公司都在3D打印材料研發上加快了腳步。“以往，材料供應商對于開發3D打印新材料的熱情不高，因為它們無法在商用的打印機上使用。現在，大型材料供應商正表現出它們推動3D打印技術發展的意愿，這也將促進3D打印材料穩步增長。”Materialise研發團隊的材料專家Giovanni Vlemenckx表示。

惠普很早就意識到了材料之于3D打印的重要性，2017年，惠普推出開放性的3D材料平臺，以拓展多射流熔融技術可覆蓋的材料范圍。其運作邏輯類似于蘋果的“應用商店”，所有合作廠商的材料都可以在惠普的3D打印機上使用。目前這一系統已聚集了全球多家材料巨頭，包括阿科瑪、贏創、巴斯夫、漢高等。

當然，惠普在數字化制造轉型方面的整體策略，可能也是促使其在3D打印領域持續發力的原因之一。市場調研機構IDC提供的一份報告顯示，到2024年，51%的全球IT預算將來源于數字化轉型，而中國這一占比將超過70%。作為信息通信技術市場的頭部玩家之一，惠普勢必會受到這一趨勢影響。“我們特別專注于推動數字化生產進入制造業。某種程度而言，惠普并不僅僅想要做好3D打印，而是要在傳統制造業中開辟一個新的數字化市場。”Alex Lalumiere補充道。

畢業于清華大學美術學院的姚志鋒在2016年創立了清鋒科技（LuxCreo），截至目前，這家3D打印公司共獲得4輪融資，自主材料研發是其核心優勢之一—基于材料研發的難度，這可能是國內3D打印企業中為數不多的實踐案例。清鋒科技擁有具有自主知識產權的3D打印技術光固化材料（LEAP ?），據悉，該技術最高能實現120cm/h的打印速度，較傳統3D打印速度提升近100倍。

清鋒科技3D打印運動鞋。

為了實現商業化，運動鞋是姚志鋒選擇落地的第一個3D打印應用領域，這也是消費級3D打印市場的代表。一直以來，因面臨工藝柔性高、鞋底制作復雜等問題，制鞋業遲遲無法實現自動化。姚志鋒表示，按傳統制鞋工藝量產一款新的鞋子，往往要經過設計、試樣修改、開模等多道工序，其中最難做的是鞋底—左右腳都要開模具，還得保證不脫膠，中間每一個環節都不能出錯。

以自主研發的材料技術為突破口，清鋒科技通過掃描、數據輸入、自動生成模型和液態樹脂感光固化成型等手段，可以快速完成產品生產。在3D打印運動鞋的研發過程中，清鋒科技負責鞋底的研發工作，剩下的批量生產流程由品牌方把控。

“一千雙鞋的訂單，如果不算返工，傳統開模生產全套碼數最快需要30至45天，我們一星期就可以交貨。”姚志鋒舉出了直播賣貨的例子，為了保證發貨進度，普通鞋廠在直播前就需按碼號生產出一定量的成品鞋，而3D打印技術省去了傳統制造過程中開模、鍛造、切割、零部件組裝等過程，出貨速度得以提升，公司還可以根據訂單量靈活調整出貨量。

有了數據支持，鞋底不同區域的軟硬程度、回彈和減震性能都可以實現定制化，這是傳統制鞋產業很難做到的。目前清鋒做鞋仍以標準化生產為主，按照姚志鋒的設想，下一階段，客戶只需要用手機App采集腳型數據，這些數據會自動匯總到公司云端，并轉化為3D打印的產品。“我們在鞋這一塊的終極目標，是實現大部分產品的定制化量產。”他說。

美國3D打印公司Carbon是姚志鋒欣賞的同行之一，這家公司與阿迪達斯的合作曾引起廣泛關注。2018年，兩家公司合作生產了10萬雙名為Futurecraft 4D的3D打印鞋，每雙價格為人民幣2600元。事實上，早在Futurecraft 4D上市之前，耐克、安德瑪、New Balance等品牌在2016年左右均已開始推出帶有3D打印鞋中底的運動鞋，國內廠商匹克、李寧也在嘗試用3D打印技術開發相關產品。

但從市場反響來看，3D打印鞋更像品牌方在設計上刻意追求的“噱頭”，市場的接受度以及高昂的成本依舊難以解決。這也是3D打印進入消費領域要面臨的問題：如何說服更多消費者購買3D打印產品，以及如何讓他們持續地購買？

除打印鞋，3D打印行業也有過其他面向消費者的嘗試。據黎海雄回憶，國內最早的消費級產品應該是3D打印的小U盤，還有淘寶上熱賣的月球燈，但這些嘗試均以聚集于長三角和珠三角的小生產商主導，暫時未形成大的規模應用。

“除非本身是設計從業者，普通人還是更愿意玩手機游戲，對吧？”對比消費級3D打印機在國內外市場截然不同的出貨量，黎海雄猜想，國內消費者可能沒有閑暇，或缺乏自己上手操作的意愿，這在一定程度上阻礙了國內消費級3D打印市場的發展。

在3D打印如火如荼的創業熱潮中，一些人把這個行業想得太簡單，進入賽道后才發現，很多技術瓶頸遲遲沒有解決—與發達國家相比，中國的關鍵技術、生產設備和材料依然有一定差距，許多還要依賴進口。另一方面，行業的規模仍不大，大多數人對3D打印技術的優勢和成本的認知并不充足。

2019年，易加三維的金屬打印機復購率在30%左右，有了明顯增長的趨勢。馮濤認為這是一個好的轉變。“不要將其視為革命。3D打印等于是制造行業里出了一個新的方法，最大的競爭者應該還是傳統的制造方法，以及我們自身沒有解決的問題。”