3D打印的未来，本文主要内容关键词为：未来论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
打印新世界
“我可以把你的头部扫描下来，打印出一个立体的半身像。”Joshua John对两个好奇又困惑的男孩说。
这是在2012年9月21日的纽约科技博物馆。在这场名为Maker Faire的活动上，1/3的场地被各种3D打印出来的物品所占据。
这不会轻易地被人从表面上看出来，这两位男孩也不例外。于是他们困惑地停下了脚步。一个男孩坐下了，努力保持一动不动，另一个则拿着iPad绕着他拍摄。几分钟后，男孩头部的3D影像出现在了电脑屏幕上，3D打印机也接收到指令，它开始工作了。
整个过程就好像凭空出现一样。在打印机的底座上，原料从一个喷嘴喷出，一层层地往上叠加、凝固，男孩的头像开始成型。
Joshua John是一家名为Geomagic的公司的技术人员。凭借在3D扫描和影像方面的技术，Geomagic 一直为福特、宝马这样的大客户服务——使用这种“打印”式的生产方式。
在两个孩子的周围，有人用手指在iPad上作画，写上自己名字，然后等着3D打印机打出薄薄一层涂鸦：在一个帐篷里，有年轻人教授如何用软件设计出更为复杂的玩意儿，例如环环相扣中间镂空的球体：在MakerBot或者Shapeways的展台前，人们惊叹3D技术已经能够打出逼真的埃菲尔铁塔模型，或是时髦鲜艳的小小高跟鞋。
Maker Faire是一个主旨为发扬“艺术、手工、工程、科技项目、DIY精神”的集市活动，由O'Reilly出版集团下属的Make杂志发起，已经进行到第六年。到2012年，它想表达的意思已经越来越明确：未来每个人都有可能通过3D打印机来制作任何——至少是大多数——你想要的产品。
杨义浒是这场活动中出现的为数不多的中国人之一，他在深圳创立的公司维示泰克，主要业务是生物塑料的制作，但也一直在向海外销售3D打印的耗材。
他进入3D打印领域完全是一件计划外的事。早在2008年，维示泰克陆续接到了几笔国外的订单，要求他们生产一些直径1.75毫米的塑料条。杨义浒不知道这些塑料材料的用处，试制成品出来之后，客户在柔韧性和精度上做了更细致的要求。
既然有人买，维示泰克索性把它们以“焊条”的名字挂在了网上。两三个月后，这门生意在不断的客户询问中变成了这家公司的大业务。杨义浒这时知道，这些“焊条”其实是3D打印的原材料。为此，他还专门找来3D打印的开源技术文件，弄清楚到底发生了什么。
现在维示泰克的业务拓展到了3D打印的整机、材料和打印服务。在2012年，这家公司在国内卖出了上千台3D打印机，国外的整机业务则刚刚开始。
在Maker Faire的现场，杨义浒看到的是一种乐观态势。两天之内共有大约10万名观众走过他们的展台，还收到了一份100台打印机的订单。一家售卖服务器的公司最后买走了维示泰克带去的唯一一台样机，将它与原有的MakerBot生产的3D打印机一起，搬到服务器的安装现场用于打印线卡。
这样的态势，已经让以往的一些鼓吹者们跃跃欲试。比如《连线》的前任主编克里斯·安德森，他也出现在了2012年Maker Faire的现场。作为一名Maker文化的践行者，他在自己的新书《造物者：新工业革命》发布不久，就辞去了《连线》的职务，到机器人公司3DRobotics担任首席执行官。从名字上看，这家公司与3D打印脱不了关系。
“你可以这么来想这个问题。一开始有个人电脑出现的时候，它就是一个桌面机，后来有了网络和云，桌面机的意义已完全不同：在今天这个阶段你再看3D打印，它就有点像最初的个人电脑。”在到访中国期间，安德森对记者说。
站在历史的角度，这个说法倒是很有道理：个人电脑将计算机行业带人了一个新时代，而互联网则赋予了个人电脑新的含义。假设有一天3D打印的时代真的到来了，那么它一定也起源于互联网时代。因为今天3D打印忽然以一种“革命”的姿态出现，完全是拜云、大数据这些热门玩意所赐。
嘿，也可以说得不那么玄乎，让我们从头开始。3D打印其实是一个诞生了数十年的技术，在一些行业中也有着广泛的运用，比如你用3D打印机做出一个杯子、一个饰品，或者一个生产模具。
中兴手机是杨义浒的客户之一，这家手机厂商利用3D打印机为手机图纸打手板。“手板”是手机的初始模型，设计师根据实物还会做出修改。传统的方式是外发手板厂，因为是全手工制作，一个模型的完工周期大约为两周，成本至少3000元。如果采用3D打印的方式，三到四个小时可以打印出完整的模型，按照每克0.1元的塑料材料费用，一支手机模型的成本不过20块。
宝马则正在利用3D打印机创建出更符合人体工程学且更轻便的装配工具，这可以提高生产效率，“看上去可能差不多，但一个工人将这些工具用上数百次的时候，区别就大了”，宝马工程师Gunter Schmid说道。
一位名为Behrokh Khoshnevis的教授，在最近的一次TEDx的演讲中，展示了能够打印建筑的机器，这种打印材料单位面积的承重能力是标准混凝土的3倍。日本赤石的一家造鞋工厂引用了这个技术制造模具，相比起原先的外包制模，3D打印可以节省90%的时间，设计师得以有足够的时间去修改和实现自己的想法。
这些都还是星星之火。在这个阶段，以及未来相当长的一段时间内，3D打印还不会直接导致现有生产模式的终结。但包括英国工程学家Adrian Bowyer在内，一些人有着更大胆的期望：3D打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代几乎所有的制造业。
从生产方式上，3D打印意味着在未来很多消费品可以以定制甚至社会化生产的方式出现：任何物品都可以通过打印和拼接完成，一些沿用了数百年的生产工序会消失，批量同质的流水线或许只保留下来生产最小的零件，仓储等供应链流程将会简化：最后，企业的销售方式也会发生变化，因为客户更愿意与制造方共同完成图纸，最大限度使产品接近自己的要求。
技术总是有着不断进化的可能。最开始的电脑只能读懂简单的Dos命令，而现在以更复杂指令控制的机器人已经站在了工厂的车间里。
这件事也离不开最初的播种者，他们对于3D打印的意义，就如同那些1970年代的数字英雄：正是这些人的努力，电脑才由一种只有少数“技术特权”才可以使用和控制的神秘机器，变成了大众产品。
睁大眼睛，下面出现的这些人当中，有些可能会成为3D打印领域的开创性人物。
一家名为Retro的复制家具零售商，创建了一条3D打印的家具产品线，通过分析门店和网站的访问数据，为客户推荐定制的3D打印服务。除了家具的图纸，Retro还将打印需要的材料和兼容的打印机，都一并在网站中列出供客户选择购买。
2005年，Adrian Bowyer发起了名为Reprap的3D打印开源项目，它的含义是“实现自我复制的打印”。Bowyer希望世界上更多人拥有3D打印的能力，他的解决办法是：只要你有一台名为“Reprap”的机器，那么你就可以有第二台、第三台。把它们送给亲人朋友，所有人都可以实现3D打印。
最开始Bowyer只是热心地写了篇文章，发在英国巴斯大学的论坛上，告诉大家这里有一个好主意。那时他还是那里的老师，希望有人将3D打印技术推广出去。后来他决定自己试一试，于是自己建立了一家网站，并将3D打印机的技术数据公之于众。不过目前，他的方案只有专业技术人员才可以看懂并组装。
这个项目在2008年发布了第一版，代号“达尔文”，你可以看出Bowyer的野心。不断有人参与Reprap的计划，甚至自己动手做出修改。在维示泰克3D打印材料的海外客户中，就有一个20多岁的荷兰年轻人，做出了自己的Reprap打印机。
在一次客户拜访中，这个荷兰人把杨义浒带到了自己的工作场所。这个所谓的办公室，其实就是他住的屋子。房间里乱糟糟地摆着打印机和一堆塑料条，正在跟着图纸不断打印零件。这些零件再加上一些电子元器件和金属配件，构成了一套可以DIY 3D打印机的工具，加上包装就可以挂在eBay上出售，每一套的价格大概40到50美元。“看他从我们这边进货的频率，生意还挺好的。我们卖过去的材料一套不过12美元。”杨义浒说。
电机工程师Richard Horne，在Reprap的基础上创造了名为“Rich Rap”的打印机。它拥有三个挤压引擎，可以同时在一个物体上打印出几种颜色。“开源3D打印机和软件工具发展得十分迅速，尽管目前还是一块小众业务，但不久后就会变成一个巨大的市场。”Horne曾说。
几乎在Bowyer开始实践的同一时间，意大利的硬件开源项目Arduino出现了，它大大降低了3D打印的硬件成本。Arduino并非只与3D打印相关，它包括一个简单易用的电路板以及一个软件开发环境，可以用于制作任何电子产品，可以是独立的，也可以具备与PC互动的功能。
任何人都能在Arduino的网站上找到图纸、设计文件和电路板配套的软件，然后通过下载文档生产电路板甚至销售，一分钱专利费也不用付。Arduino在2009年开始量产，并在全世界销出了超过5万件产品。
这种形势不断发展，3D打印本身的门槛会变得越来越低，人们可以用它来制造一些新鲜玩意，并且出售。这是个人电脑早期发展状况的翻版，开源项目让越来越多的人对以往只有Geek才乐意碰的那些东西产生了浓厚的兴趣。
一些人只是因为兴趣，而MakerBot和Shapeways这些公司正在做的，就是把技术推向更广泛的人群。
成立于2009年的MakerBot，就正试着抓住3D打印可能带来的机遇。在这家公司成立之前，创始人Bre Pettis还只是西雅图的中学教师，在漫长暑假里过着像艺术家一样摆弄油画的日子。
当他结识Zach Smith时，后者正在参与Reprap的项目。他们决定制造一种“万能的打印机”，并从风险投资人那里筹到7.5万美元启动资金。仅仅在公司成立两周之后，他们制造的20台3D打印设备就被销售一空。
2011年8月，MakerBot接受了一笔1000万美元的融资，投资人包括亚马逊的创始人贝索斯。2012年9月，他们在纽约曼哈顿的Mulberry Street上开设了全球第一家3D打印机零售店，消费者花上5美元就可以试用3D照相或扫描，20美元可以打印出自己的头像。
除了硬件，MakerBot的应用程序已经可以用来制作玩具类的各种模型，最近他们还开发了一款类似3D Max的制图软件MakerWare。零售店的开设加上软硬件一体的服务策略，使这家公司看起来就像3D打印领域中的苹果。最低2199美元的价格也使得“Maker”或者设计师——那些在流行领域具有话语权的人们愿意去消费它。
另一家竞争者Shapeways由飞利浦最先出资成立，它的模式则更加亲近普通人：用户在网站上传自己设计好的3D模型并选择材料，支付一定费用后，Shapeways会将其打印出来，通过邮寄送出产品。
“已经有超过16万个客户通过我们将他们的点子变成现实，”Shapeways对记者说，“我们看到很多行业因此发生了改变，从珠宝设计到房间装修，还有很多小配件小玩意的生产。”
它们目前还只是“好玩”而已——还算不上真正意义上的“生产”，质量也未必比其他方式生产出来的物品更好。美国两家3D打印的上市公司Stratasys和3D Systems，2011年的营收分别是1.7亿美元和2.9亿美元。在科技行业当中这两个数字只能算作零头。
但就在你看着它们的这个时候，却是3D打印的浪潮真正来临之前不可或缺的孕育阶段。
世界上第一台3D打印机诞生于1986年。美国人Charles Hull发明了利用树脂凝固成形来制造物体的方法，之后成立名为3D Systems的公司。两年后3D Systems推出了第一款商业化的3D打印机SLA-250，材料是光学照相用的丙烯酸树脂。
在一个3D打印技术的记录短片中，Hull严肃地对着镜头说：“我们正在研发一种技术，能够把你在电脑屏幕上看到的图像迅速转化成实物。”但1990年代3D Systems生产的SLA7000价格高达80万美元，现在已经出现了更便宜的解决方案。
在维示泰克总部的办公桌上，一台3D打印机正在制作一个模型的头部，打印机中部的零件不断地吞食塑料条，将它们熔化后再通过针头挤出变成流质的原料。零件下方的托板依照事先设定的程序，在四个方向活动，通过喷嘴挤出直径0.1毫米的液态塑料丝，先层层拼接成面，再逐渐升高分层堆积出立体的形态。
这是3D打印方式中最便宜和流行的熔融挤出技术。目前3D打印主要利用三种原理生产：激光烧结、光固化和熔融挤出。熔融挤出只支持塑料材料，打印尺寸的大小取决于托板的尺寸。维示泰克的打印机每小时可以打印出15立方厘米的物体，一个手机结构的模型大致需要三到四个小时的完工时间。
激光烧结的成本最为昂贵，一台打印机往往要上百万元。这项技术以激光器作为能源，利用程序控制激光束对粉末状的原材料进行烧结。和平面激光打印类似，由于激光可以成面打印，在三种原理中激光烧结的速度最快，并且可以使用金属和高分子材料。
光固化烧结则是另一种解决办法。这其实是一种对感光聚合物的处理过程，它可以引导激光束穿过液态的塑料槽，并借助紫外线激光束使液态塑料凝固成形。这项技术的打印质量相对比较高，但打印机价格也需要数十万。来自麻省理工的Natan Linder和另外两个合伙人为自己的廉价光固化打印机生产项目在Kickstarter上筹集到了超过10万美元的启动资金。如果一切顺利，他们将能很快提供低于2500美元的桌面光固化打印机Form1。
“未来3D打印还是会朝着两端发展。激光技术适合更复杂的生产，而熔融挤出则更适合家用和小规模的制造。”杨义浒对记者说。
从个人、家庭、小组织用户的角度看3D打印，设备价格昂贵是阻碍普及的主要因素。大部分打印机价格都还在1000美元之上。Portabee公司最近发布的新品已经把价格降到了500美元，维示泰克最便宜的机型3000元人民币就可以买到，不过生产产品的精度还极其有限。
如果要正儿八经讨论“颠覆制造业”，除了时间因素，另一个重要的因素是材质。相关的原材料技术的发展，是决定3D打印行业最终能有多大前景的关键。
除了激光打印机之外，目前商用比较频繁的熔融挤出技术打印机只能处理诸如塑料和蜡这样的软材料，或许芝士和巧克力也会成为可能。但你要说用塑料制品和糖果去颠覆现在的制造行业，看起来还有点异想天开，更不用说“打印一切”了。
Natan Linder位于麻省理工的实验室，眼下在打印材料上有一些突破。他们尝试用喷涂“聚氨酯泡沫”的方式，打印混凝土结构的大型模具，成品是高1.5米左右的原型墙面。
它完成的速度太慢了。一个体积为10立方厘米的模型，至少需要几个小时的打印时间。如果你真的想在商店里预定个茶杯，那得排队。这有些像1970年代的计算机——运行任何一个程序都要到公共的计算机上去，排队等着计算机空出来让用户把写好的卡塞进去，一旦程序出现哪怕一个bug，这个过程就得从头开始。
“虽然我对它很感兴趣，但是不在工作中用它。它打印得太慢了，而且也没有比直接在电脑上呈现的效果更好。”纽约Leeser Architecture的创始人Thomas Leeser对记者说。
伦理和法律上的争议也随之而来。Cody Wilson发起的“维基武器”项目希望通过3D打印推广自制枪械，用户无需登记，就可以利用打印机和零件组装手枪。去年12月14日胡克小学枪击案之后，这些图纸被MakerBot设立的Thingiverse网站撤下，但3D打印的随意创造性，还是可能会让用户方便地制造出一些危险物品。
它同时也为知识产权带来了麻烦，只要有图纸和一台打印机，设计师们将无法保护他们的劳动成果。美国专利与商标局推出了一个针对3D打印版权保护的“生产控制系统”，如果待打印的3D制图模型与系统数据库中的产品有大比例的匹配，对应的3D打印任务将不能被执行。但这个限制只在联网的情况下才能发挥作用，即使拔掉网线，3D打印机依然可以工作。
这个时候，大公司的积极介入对于这个行业而言是好消息。根据《福布斯》的报道，空客公司的机舱设计师宣布将从打印飞机的小部件开始，最终在2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。这架3D打印机制造出来的飞机重量比传统飞机要轻65%，而且更加便宜。
看起来正有越来越多的个人、组织和公司对3D打印产生兴趣并投入其中。不应该小看这样的力量，要知道在历史上，家用珍妮纺织机成为了第一次工业革命的开端，而玩着晶体管和零件的孩子们最后成就了惠普和苹果。
3D打印正身处一个美好的年代。互联网成了基础设施，云和大数据正在赢得重视——这意味着生产与消费者之间的联系会越来越紧密，它们相互之间的影响会越来越直接。工业革命终结了作坊时代，在此后长达数百年的时间里，人类享受了大规模、机器化制造的种种好处，但也丧失了很多选择的可能。如果说，制造业为此需要一场根本的变革，那么3D打印至少提供了一种技术上的可能。
再大胆一点想的话，我们今天可能真的正站在人类另一个历史时期的开端。
中国3D打印超级玩家
地面上零乱地摆放着的十多台机器，已经打好包、填好快递单，它们的目的地有墨尔本、比利时、新加坡等地，其中一台是寄给美国山景城的一名谷歌工程师。
这就是“神奇工厂”的车间大厅。吸引着世界买家的机器，是杭州铭展科技自己研发生产的桌面级3D打印机。金涛在2009年创办这家公司的时候，将公司英文名取为“Magic Firm”，因为他和大部分人一样觉得这就是一项神奇的技术。不过，当时的他可没想过有一天要自己生产桌面级3D打印机。
准备发货的这些已经是铭展做的第二代产品了。木质外框、开放镂空式的结构，外行初看容易误认为只是一个半成品，对于桌面级3D打印机来说，这却是“经典设计”。金涛口中的“经典”参照的是世界第一家将桌面级3D打印机商业化的公司MakerBot推出的产品。金涛为自己产品命名的模板也是这家，“我们现在取的名字Mbot，就是想模仿MakerBot。”负责市场销售的铭展科技联合创始人吴云坦率地告诉记者。
如同绝大多数中国制造的产品一样，Mbot的优势是售价——不到2000美金一台的价格仅为MakerBot的一半。金涛正在加紧第三代产品的研发，他希望机器能做的更便宜更好。
新玩法
铭展科技在1月初刚刚搬进这个车间，因为他们需要更大的空间。铭展目前每个月大概都有上百台的订单，这个数字是2012年上半年销量的总和。
除了地上的机器，大厅里还是白墙一片，没有任何桌椅。门面功夫还没空收拾，生产流水线可是一刻不能停的。在大厅的左右两侧各有一扇门，通向铭展的两大业务线。一侧是两台工业级打印机，直接从国外进口购买而来，为客户提供打印服务：另一侧是自有桌面级打印机的生产车间，5个员工安静地淹没在几十台机器里，不停操作手中的工具。
那两台进口的工业打印机曾经是铭展的全部家当。金涛创业最早的想法是为魔兽玩家打印定制角色的彩色石膏模型，“雄心很大，但是现实很残酷”，吴云只用“冷清”来形容。不过，“雄心”让铭展敢于下血本，购入了这台如今被安放在最里面房间的一米多高、外形仿佛冰柜的银灰色机器，以石膏作为打印材料，是世界上目前唯一能支持多种色彩打印的耗材。“既然有机器，为什么不提供打印服务呢？”经客户的点拨，铭展开足马力、更有效地利用起这个大家伙。从艺术品设计、包装材料、建筑到文物保护，客户的需求多种多样：国家电网做电站模型、微软做硬件产品原型都会找到铭展。金涛当然来者不拒，如果自己车间里的石膏、树脂打印满足不了客户需求，他会想办法与拥有其他打印工艺打印机的服务商合作。
相比进行到第四个年头的工业打印服务的不疾不徐、车间里几乎无需人专职照料，车间另一侧则是热火朝天。与高大、冰冷、令人不敢轻易触碰的高科技工业打印机形成强烈对比的，是这边一派手工小作坊式的亲和。三张大桌子，一个人负责生产管理，2个人坐着进行核心组件的焊接，另外2个人站着做整机组装，他们手上工具也就是一台家用的电吹风。这里就是未来感十足的3D打印的现实对接。简陋，但是不免令人想起30多年前乔布斯在自家车库里开起的个人电脑组装公司，连Mbot的木质外壳也与第一代苹果原型机颇有几分神似。
墙角高高堆起二三十个木框，从头顶上穿过的塑料丝正被拉向新一代产品的测试机，三面架子上有林林总总近100余种部件，这里的气氛让你随时都有冲动拿起桌上的工具和零件开始“玩”。对于金涛来说，自制3D打印机的确是他告别魔兽后的一个“新玩具”，一不小心就赶上了一个新篇章。
有别于已经有20多年历史、产生了2家上市公司的工业级3D打印行业，桌面级3D打印机是一个新生儿，却在短时间内吸引了全球的关注和礼赞。其中最宏大的是有关第三次工业革命到来的预言。制造业被重望似乎已经只是一个时间的问题了。它似乎就是大型计算机之后的PC 一样，人人都想抓住这个未来。
拐点出现在真正普通人能负担得起的机型和耗材面市后。开源硬件平台的利用正是让3D打印技术变得更普遍、更廉价的极为关键的一环。2003年个人桌面级3D打印机从大公司的“闭源”实验室里刚刚出现时，售价高达25000美元，而现在开源桌面级3D打印机售价从500到2000美元不等。
“新车间”的创办人、自称“工头”的李大维刚刚享受了开源硬件带来的便利。作为中国最早的创客空间，“新车间”里集结了中外各路动手高人，当这群人聚在一起想煮牛肉吃时，有人就想到利用开源硬件平台自己做一个“慢煮锅”。现在李大维不仅能吃上酥香烂炖的牛肉，相比店里买相同功能锅子近2千元的售价，他们用的只是从淘宝上100元买的普通锅加开源硬件基础的动手改装。
只是相比软件开发，硬件测试、制作的成本门槛很高。“新车间”里的创客林信义就经常为找不到合适的零部件来实现自己的想法犯愁。这个问题倒正好是3D打印技术目前最大的用武之地——有效减少设计、原型、测试间的周转时间和成本。
金涛做的Mbot打印机上就有不少零件可以说是这个机器自己做出来的。比如，轴承边上黑色的托盘在市场上找不到合适的标准件可使用。金涛先是自己画图纸，然后做3D模型设计，再利用3D打印机把这个零部件的母模做出来，放到机器上去调试尺寸、形状等各项细节。寻找到最佳的解决托盘方案后，会复刻一个硅胶模，采用其他工艺去几十、几百套地做小批量生产。现在车间架子上大部分的零件都经历了这样的过程，包括外框的木板切割形状、尺寸。
从同一个开源源头出发，如今的DIY式桌面3D打印机已经出现百花齐放的局面。由于开源平台提供的主要是电路板和打印头结构，要做到真正出售的产品，制作者在机械结构、电路、软件配套上都有发挥空间。目前中国国内有四五家企业在做桌面打印机器生产，在外观上由于能稳定支持的打印尺寸不同，呈现出正方形、扁长、细高的不同样子，而在打印方式上，铭展是底板不动，打印喷头运动，另一家在淘宝上居销量榜首的“闪铸”公司是底板运动，打印头固定。位于浙江金华的闪铸创始人裴文剑和金涛、吴云其实都是同学。“一开始也是一起做的，两家的第一代产品是一模一样的，在销售上也是互相推广。”吴云告诉我们。
未来空间
刚加入铭展1个月、计算机专业毕业的新员工现在已经可以独自组装一台Mbot二代打印机了。“两个小时能组装完一台，刚开始学也很快，一两天就学会了。”这位员工告诉记者。
虽然原理有通俗易懂、按图组装也门槛不高，但真正要提供稳定性、并在打印精度和尺寸上改进，是一件牵涉多领域的综合工程。从调整软件方面的配置功能、操作易用性，到选用轴承、电机这样的机械装置都需要涉及，前者是浙大计算机专业毕业的金涛擅长的，后者他在学习尝试。他现在已经不用自己再亲自组装机器了，更多精力就花在桌子上那台“第三代”样机。“客户都是要更大的、表面更精细的，这大概就是我们的研发方向。”第二代的时候，金涛取消了MakerBot用的加热底板，因为发现及时加热也解决不了边缘翘起等问题，就直接找到专门材料做托板，既能达到打印时的稳固，又能方便取下来，同时还可以节省电、不需要等待加热的那段时间……说起自己这个创新成果，金涛自是滔滔不绝。现在的第三代产品他希望能把木外框换成“金属”材料，增强产品稳定性。
但是，除了软件、机械，这个“综合工程”里还有电路和打印材料两个重要领域，金涛还完全没有碰。桌面3D打印机已经完全能打出一个造型不错的杯子，但是它不能被用来喝水，就是因为打印材料的问题。金涛知道材料研发的原理，“打印机会支持不同直径的细丝，比如1.5毫米、3毫米，采购一台制作这个材料的机器，然后就用不同的原料生产出来，再放到打印机上去尝试。”但是对于稍有盈利的12人创业小团队来说，无暇顾及。金涛也不知道自己选择的技术方向是否就是这个快速变化的3D打印市场的未来。他只能期待整个社会更多行业都加入到这个进程中来。
不论是福特汽车还是空客，直接利用3D打印机来制作零部件模型甚至成品都已不是稀奇事了。世界最大的独立赛车Prodrive在为宝马BMW John Cooper赛车设计时，使用3D打印机生产了一个符合空气动力学的微波传感器外壳，从设计到装配到车上，只用了几天时间：一个空气发动机的进气口，分成四份打印完成后再组装起来：还有赛车顶部用于通气的超薄变流片……这辆车还是为参加世界赛车锦标赛准备的。不过，他们用的是以金属作为打印材料的打印设备是工业级别的，是“一台100多万的昂贵品”，铭展科技的吴云告诉记者。
桌面级的机器同样是打印设计原型的“利器”，金涛利用它做Mbot的零部件就是最好的例证。只是在成品的打印精度上不在一个量级。
工业和桌面级机器各站一边的铭展公司橱窗里，你能明显地看到差异。一副太阳眼镜，灰色的镜框、白色的架子、透明的镜片，戴上的感觉已经可以比拟商店里卖的了。吴云还拿出一个20多厘米高的透明小玩偶，玩偶和底部支架可以拆卸，上下是分开打印的，需要非常小的误差，才能做到吻合地插到一起。虽然以上两者，桌面级打印机暂时都无法达成，但较低的成本一样吸引了公司、爱好者的采用。
工头李大维就为“新车间”配备了四五台桌面级的3D打印机，供林信义这样的创客使用。而据传福特公司除了要继续利用那些工业打印机器外，还会给每个工程师发一台Maker Bot 3D打印机，让他们都有机会更快地看到、触到自己的设计，便于实际测试、研发改进。
低廉的价格也让机器更敢被触及。上海静安寺青少年中心早有一台3D打印机，但是70万标价的工业级机器，让工作人员和孩子们都不敢轻易动它，买来之后基本就没用过。并且工业级机器的耗材也很贵，打印一克5块钱，而铭展科技的一台机器才6千元，打一克使用的材料成本只有0.15元。打印一个手掌大小的城堡玩具，大约5块钱材料费。“他们上个月底从我们这里又采购了第二台。”吴云告诉记者。
小朋友也能3D打印？的确，前《连线》杂志主编安德森的女儿在用家里的3D打印机做出一个绿色的塑料椅子，作为“扮家家”玩的道具。“新车间”李大维的女儿则打了一个木乃伊来交学校有关“埃及”主题的作业。学进出口贸易出身的吴云办公桌上也摆了一排自己打的玩具，白色的南瓜人、蓝色的埃菲尔铁塔，还有橙色的爱心。他说一切“就像打印一份word文档一样”那么简单。
不过对普通人来说，如何生成一份自己想要的三维文档呢？或者说，我要3D打印什么呢？
当苹果创造了iPhone的时候，同时推出了App Store、培养着一个第三方开发者社区。桌面3D打印时代的开发者和App Store是什么？Makerbot给出了答案。3D模型文档设计者和文档分享社区。除了硬件机器的制造外，这家公司长期高度活跃在DIY Hack社区，提供教程和内容。并且他们维护和开发了Thingiverse.com，一个巨大的3D模型分享网站，一切都是免费和公开的。在已经有的28000个设计项目里，你可以容易地下载一个杯子、一只口哨或者一辆玩具车的3D模型，然后把他们打印出来把玩。
我们从来不缺新技术，缺的是如何利用新技术为生活所用的“思维转变”。当MakerBot为构建自己的生态系统、创造人们的使用需求和激情时，铭展却连产品样品照片都很少拍。如何埋头做机器、如何把成本降的更低，似乎是中国工程师的固定思维。对金涛以及他创办的铭展科技来说，这是他们真正参与全球3D打印机市场竞争必须要跨越的门槛。
3D打印改变制造？
一位特殊的客人去年11月入驻了北京海淀区创业者云集的车库咖啡。此后，在车库咖啡大厅的各个角落里，都能找到各式各样的DIY玩具，有恐龙、变形金刚、马里奥……这些全是车库咖啡的这位新客人——北京太尔时代科技有限公司（以下简称“太尔”）的小型个人3D打印机做出来的。
这不是一套复杂的设备，也不需要你处理高级的软件，它只由一个简单的操作系统驱动，你可以轻易地把电脑图纸中的设计变成实物。
太尔制作的只是3D打印机中的一种。“我们的打印原料以塑料为主。”太尔培训部经理郭峤说。这种塑料呈线条状，直径为1.75毫米，看上去和平时吃的米线差不多。“3D打印机的原料种类很多，可以是塑料、粉末、金属，也可以是巧克力。”对太尔而言，公司赶上了3D打印的春天。
3D进行时
作为国内较早投身3D打印领域的科技公司，太尔成立于2003年，很早就开始通过各种展会甚至淘宝售卖3D打印产品。为了让普通大众用得起3D打印机，太尔从去年开始推出其个人家用3D打印机“Up！”。
这套个人3D打印机有x、y、z三个轴线，可以看做是打印机的三维坐标。顶部是喷头，打印机开始工作后，喷头会不断地喷出经过加热融化后的原料，在软件的指挥下，随着x、y、z轴线坐标的变化，红色、蓝色或者黄色的原料液体慢慢从喷头喷出来，形成有规律的轨迹，顺着轨迹一层层地开始堆叠，堆叠3到4个小时之后，一个马里奥就诞生了。仔细观察的话，车库咖啡里的这些DIY玩具都能看出层层叠加的构造。
即便如此，“3D”打印并不是一个新概念。1995年MIT创造了“3D打印”这个名词，随后3D打印便开始在实验室萌芽。逐渐地，3D技术开始运用在医疗模型、建筑模型等行业，被应用在更广泛的领域。
真正的3D打印发源于军方的“快速成型”技术，是一种由CAD（计算机辅助设计）通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。
“快速成型首先是将实际物体的3D数据沿某一坐标轴进行分层处理，也就是将3D物体进行虚拟化切片，得到无数个二维界面，由此形成每层截面的二维截面数据。”郭峤介绍，“之后，再按照特定成形方法和技术每次只加工一个截面，这一过程反复进行，直到所有的截面加工完生成实体原型。”
相比传统制造工艺，3D打印有两大优点：一是节省原材料和人工，它的用料只有原来的1/3到1/2，制造速度却快34倍。另外，3D打印机可以制作形态各异的各种物品。“理论上，只要电脑可以设计出的造型，3D打印机都可以打印出来。”
给未来作序
玩具、汽车甚至楼房……3D打印机的魔力已感染了越来越多人。从用途上看，3D打印设备主要分为大型商用产品以及桌面家用两类。大型商用产品早已经使用多年，市场竞争相对稳定。而桌面家用类产品在近两年才逐渐进入人们的视线。
由于材料和精度的限制，太尔的3D打印机主要应用在外观功能验证上。“一些设计师在设计产品时，为了测试其完美程度，会先将它打印出来，看看哪些地方还需要改进。”在医疗行业，太尔的3D打印机用途更特殊——它可以用来打印假牙、假肢、器官等。“国内一些医院已经开始用这种假牙和骨骼打印技术了，但其他的在国内还很不成熟。除此之外，还没有医院找我们买3D打印设备来治病。”郭峤称。
对于更加广泛的领域，目前的3D打印技术还只是序曲。一台3D打印机的价格主要取决于两个方面：一个是打印区域，区域越大就能打出更大体积的物品：一个是打印层厚，层厚越薄打印出来的物品越精致。就原料价格而言，塑料相对便宜，而工业级的材料一克就达七八毛钱，小机器一克4毛钱。使用树脂和金属材料的打印成本会更高。
一个明显例子是，“up！”系列个人3D打印机价格为9999元，打印一个小于12立方厘米的玩具可能需要3至4个小时，而工业级3D打印机就更贵，价格达到十几万美元。相比之下，同样的产品拿到工厂开模批量化，生产成本要低得多。
但好在我们确实已经走入3D打印的时代了。根据长期跟踪3D打印行业的咨询公司Wohlers Associates的数据，2011年，3D打印机的市场规模为17亿美元左右，到2016年该市场将达60亿美元，其中除了打印设备，还包括材料销售和设计服务的整体产业链。
对于太尔来说，推出一款“Up！”打印机产品已经不够。它面对的竞争对手是来自美国的行业巨头3D Systerm和MakerBot等。MakerBot希望能够凭借更高的分辨率、打印更大物体的能力和更经济的价格迎接3D打印真正的春天。但对于还没有染指3D业务的惠普、Epson等2D打印巨头，郭峤显得和MakerBot的CEO派蒂斯一样自信：“我们很早就走在了前面。”
3D打印真面目
3D打印热由来
3D打印实际上是对一系列“增材制造”技术的总称。所谓增材制造，是指不经过车、铣、钻等传统“减材”切削加工，而是通过堆叠材料来直接形成最终产品的一种制造理念。这和平面打印机技术并无关联，为什么会得到一个3D打印的美名呢？
这要归功于1990年由美国麻省理工学院申请的专利“三维印刷技术”。该学院的四名科研人员从喷墨打印机原理出发，研制出一种能在平铺着“塑料”粉末的平面上喷洒各种颜色“胶水”的打印机。当打印生成一层平面后，在平面上薄薄地铺一层新粉末，再继续打印。打印完毕后，吹走多余的粉末，就能得到一个彩色的实体物品。
自这项专利见诸报端后，所有的增材制造技术就逐渐被媒体统称为3D打印了。运用麻省理工学院的这个专利，一些企业造出了按三维空间位置制造产品的“打印机”。其打印过程新增数字化三维模型构建，用处理软件生成不同高度的模型横截面图，将图形转化为打印控制代码。最终，3D打印机通过执行这段代码，逐层打印、固化，生成理想中的物品。
3D打印既缩短了生产时间，又减少了原材料浪费，还能做出减材制造做不出来的超复杂结构。
既然3D打印技术大多是上世纪研发成功的，为何从2012年起才受到如此大规模的高度关注？原因见仁见智，但桌面级开源（用于客户端且开放源代码的）3D打印机在其中起到重要作用。
以Reprap（三维打印原型机）为代表的桌面级3D打印机，作为开源硬件通过“创客运动”（使用数字工具设计制造产品并通过互联网分享成果）在全球呈现爆炸性增长。特别是1992年取得美国专利的“熔融沉积成型技术”（FDM）在2009年过期后，以美国Makerbot公司为代表的一批硬件创业公司开始大规模销售廉价的开源FDM 3D打印机，并鼓励用户复制、改进相关设计，最终把FDM 3D打印机带到普通大众身边，也让媒体、政府、相关领域的科研和工业界人士对3D打印有了更深的理解。
挑破泡沫
目前国内外对于3D打印的热捧导致某些报道有点玄乎，比如能直接打印汽车、打印肾脏云云。在了解以上3D打印信息之后，让我们再以一种冷静的眼光重新审视这些“神技”吧。
美国、加拿大公司联合研制的所谓“3D打印车”Urbee已问世一年有余。它是一种两人乘坐的三轮混合动力车，其主要动力为电力，辅以燃料乙醇，目标是成为最绿色的汽车。可惜媒体报道时通常偏离其环保目标，而称它为“第一辆完全通过3D打印制造的车”。真是这样吗？事实是现在仍无法仅通过3D打印的方式制造汽车里的关键部件，比如电机。这辆车全身上下唯一用3D打印来制造的部分只有外壳而已。Urbee团队本想用玻璃钢制造车外壳，但在对比后选择了FDM 3D打印技术。最终，他们通过2500小时打印，得到50个零件并组装出了Urbee的外壳。
由此可见，3D打印并不意味着将车的设计文件输入机器，就能够无中生有造出一台功能完整的车。就连宝马、现代等传统车商，迄今也刚刚做到用FDM 3D打印技术加速开发新型方向盘和仪表面板。
现在看来，想用3D打印作为生产方式来取代大规模生产不太可能。且不说3D打印技术目前尚且不具备直接生产像汽车这样复杂的混合材料产品，即使该技术在未来取得长足进步，完全打印一辆车只怕要耗时好几个月，在成本上远远高于大规模生产车时均摊到每辆车上的成本。所以，对于生产有大量刚性需求的产品来说，具有规模经济优势的大规模生产仍比重点放在个性化、可定制的3D打印生产方式更加经济。
不过，也正因为这个原因，在某些生产规模无法达到“汽车”规模经济效应的领域，3D打印正逐渐成为主力生产方式之一。飞机工业就是一个典型。由于飞机产量较小，结构复杂，用传统制造方式成本高昂，浪费原料，周期很长。因此，波音公司正借助3D打印生产某些零件，并已装配到美国空军现役战机上：中国西北工业大学正尝试用“电子束热熔”技术制造飞机用钛合金零件：2012年度中国国家技术发明一等奖获奖项目正是“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”。
在需要高度定制化的某些医疗领域，3D打印也可以大展拳脚！今年3月初，一位美国患者借助3D打印技术及计算机断层扫描/磁共振成像数据，用美国“牛津高性能材料”公司的生物兼容塑料替换了自己75%的受损颅骨。
无独有偶，美国男孩卢克因膀胱频繁渗尿，导致肾功能受损。美国威克森林再生医学研究所曾用3D打印技术为卢克定制了膀胱模子，并使其自身细胞在模子内发育成可发挥膀胱功能的器官。这个人造器官让卢克避免了终生依赖透析的命运。但这种打印技术目前还无法制成有实用价值的肾脏等结构、功能更复杂的器官，此前媒体盛传的3D打印肾脏还深藏在实验室中，不能植入人体。目前，威克森林研究所正尝试利用喷墨打印机原理，用细胞替代墨水，直接打印制造人体组织和器官。
此外，3D打印技术还可用于博物馆展品复制、个性化玩具及首饰定制等等需要精确仿造或异想天开的设计等领域。
悬疑待解
3D打印虽好，但还不是一种像传统平面打印那样人人可用的技术。抛开价格不谈，设计三维模型这个技能就不是人人都能掌握。虽然Makerbot Digitizer等廉价3D扫描仪已经问世，但其主要功能是复制现有物品，3D打印粉丝们则更希望创造全新物品。
即便有了三维模型后，在逐层打印时仍需针对预设结构，调整被打印物的朝向和打印参数，这道工序需要丰富的3D打印经验才能较好完成。此外，已达实用水平的所有3D打印技术，在打印完成后都需做各种后期处理：比如用水溶解或者人工剥离支撑材料：冲洗零件表面多余的光敏树脂：甚至通过烤制去除混入材料的连接剂。
但是也别灰心。以生产吸尘机器人Roomba闻名于世的美国iRobot公司今年初提交了一项专利申请，提出简化3D打印设想：如果能让在任意位置、摆出任意角度的工业机器人作为打印平面，就能消除目前主流打印技术对支撑结构的依赖，在逐层打印时就无需考虑朝向或参数问题。等这个专利所描述的机器人面世那一天，任何人都有望像操作平面打印机一样操作3D打印机了。
不过值得关注的是，3D打印也有“双刃剑”效应。如果生活是一部电影，编剧就一定会让大反派利用3D打印来制造武器，这已不是影视作品的夸张渲染了。美国德州大学奥斯汀分校的学生科迪·威尔逊就以设计、分享可供3D打印的枪支零件为己任。依据美国法律，击发并自动退壳的步枪下机闸是受管制部件。但威尔逊使用“光固化立体造型”打印技术制成下机闸，并与其他美国境内可自由购买的步枪零件组装成一把仿AR-15自动步枪。在历经两次改进和第三版设计后，该步枪在打光预存的600余发子弹后完好无损。也许威尔逊有一天会因此进监狱，但正如媒体惊呼，难道“已经没有人能阻止互联网传播这些武器设计了吗”？
目前来看，虽然作为生产方式，3D打印还难以取代大规模生产而成为最主流的生产方式，但却能满足散布在世界各地的种种个性化需求；作为快速原型制造工具，3D打印使得硬件创新更加容易，带动了硬件的复兴：作为一种思想，3D打印让我们看到了科幻作品中描述的未来科技成真的曙光；作为一种制造几乎任何物品的能力，3D打印让我们对“自由”重新思考。
3D打印离我们有多远
3D打印技术原指增材制造（Additive Manufacturing）技术中的一种，现在普遍被用来描述增材制造行业。反思其发展历程，不由得怀疑这一次的火热，到底是概念炒作还是3D打印已经成熟，可以承担改革重任？
3D打印发展区域现状
美国和欧洲在3D打印技术的研发及推广应用方面处于领先地位。美国是全球3D打印技术和应用的领导者，欧洲十分重视对3D打印技术的研发应用。除欧美外，其他国家也在不断加强3D打印技术的研发及应用。澳大利亚近期制定了金属3D打印技术路线：南非正在扶持基于激光的大型3D打印机器的开发：日本着力推动3D打印技术的推广应用：3D打印在中国还处于初级阶段，但市场快速增长，已有几家企业利用3D打印制造技术生产设备和提供服务。
从发展情况来看，3D打印目前仍停留在“高级玩具”阶段，并没有实现成熟的产业化。但是，各个区域都非常认可3D打印技术可能带来的改变，这些改变将如何影响现有生产、经济、社会模式是值得关注的问题。
3D打印带来的影响
规模经济是现在制造业的典型特征，但是资源的制约、成本的提升使得规模经济愈发的不明显。而现实中，分布式则成为新兴模式的代表，从分布式能源到云计算，从工业机器人到3D打印，这些都是分布式的具体应用，而通过分布式之后重新组合的规模经济提升了资源利用率，降低了成本开销，可以说是下一次工业革命的基本形态。
3D打印模式是个体化的最好体现，也是制造业可以采用的生产方式，抛弃了工厂大规模制造的雷同形式，具有个性化、小型化、节约化的特点。随着3D打印技术的日臻完善，实用性不断提高，能够逐步取代一部分现有生产方式时，第三次工业革命的序幕就被拉开。但不能忽略的是，要改变现有的生产模式进入第三次工业革命，还需要相当长的一段时间。目前，3D打印技术已在工业设计、模具制造等诸多领域得到广泛应用，也正朝着消费品制造、功能零部件制造、组织与结构一体化制造等领域加速发展，展现出广阔的应用前景。这意味着一些制造业可以远离低成本劳动力聚集地，重返更靠近消费者的地方，这些变化都在不同程度上改变了经济模式，成为未来新的经济增长点。
3D打印面临的挑战
耗材：目前应用于3D打印的耗材非常有限，现有的市场上的耗材主要应用于模型、玩具等轻工业民用产品领域，离汽车、航空等领域还较远，而且即便耗材研发成功，规模化生产、材料配比等都是问题，可以说，耗材对3D打印技术应用和发展起决定作用。
工艺条件：较好的流程控制将减少设备故障时间，而这是目前许多机器和工艺面临的主要问题。其次是工艺理解与建模，要了解和预测材料性能（如表面粗糙度和疲劳性能），就需要有3D打印工艺的新物理模型。
成本因素：3D打印机的价格已经下降，但单个商品的制造成本依然得不到解决。使用3D打印机制造商品，没有规模经济的红利，使单独制造一件商品的成本，远高于规模制造大量商品后均摊到每一件商品的成本，而消费者更容易选择价格更低质量更有保证的方式。再者，3D打印前期需要大量投资，而资本回报率不够乐观，很难吸引资本力量大规模加入。
传统格局难以改变：大规模生产的优势在于重复制造与标准化，而3D打印则有利于个性化与定制化。目前的需求聚合是以规模化为主的，普通企业和个人要依据个性化和定制化完成需求聚合非常困难。
从3D打印面临的挑战来看，3D打印距离能够改变现有生产模式、转变消费观念还有很长距离。但是，3D打印是未来发展的趋势，预先培养、扶植壮大3D打印产业是抢占下一次工业革命的重要手段。
资料来源：
《第一财经周刊》20132 文姝琪 徐涛
《环球企业家》20132 陈敏
《二十一世纪商业评论》20132 熊元
《财经国家周刊》20136 张浩
《销售与管理》20134 王安
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