3D打印的緩慢進化

張云亭

一場關于3D打印的緩慢進化仍在繼續。

2020年以來的新冠肺炎疫情讓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”。

在不確定中尋求成長

3D打印的技術名稱為“增材制造”，簡單來說，是把數據和原料放進3D打印機，用過程控制物質的形狀、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。

“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。”3D打印行業媒體南極熊創始人黎海雄說。

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。

面向不同的細分市場，易加三維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。

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，盡管航空航天類占了大頭，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、人力等。

制造業巨頭的實踐

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。

早在2010年，惠普就曾與3D打印機廠商Stratasys合作，利用后者貼牌生產惠普的3D打印機。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 Enrique Lores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，這為全球新冠肺炎疫情防控提供了有效手段。“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，惠普還與中國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。

尋求材料上的突破

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。在航空航天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。

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。

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，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。

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。目前清鋒科技制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。“我們在制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。

（編輯 宦菁 huanjing0511@sohu.com）