3D打印的“能”、“不能”与“将能”

目前再也没有哪个话题热过3D打印了，“给我打印一个苍老师吧？”这是不少工科男的梦想。“3D打印的东西能替代我们生活和工作中的物品吗？”这是更多人的疑问。前几天昌旭采访了全球3D打印设备领导厂商Stratasys(一个月前它与Objet合并，成为全球专业3D打印机市场最大的公司)的两位创始人，告诉你哪些是3D打印能做的，哪些是它不能做的，哪些是它现在不能做，但将来可以做的。。。。

昌旭手握的巨型板手由目前最大的3D打印设备打印。

昌旭费力地手握的是一个巨大的工具板手模型，它是由目前世界上最大的3D打印机——Objet1000打印出来的，这台设备由新合并成的Stratasys公司提供，2012年12月，原Stratasys公司（FDM技术为主）与以色列的Objet公司（Polyjet技术为主）合并，成为全球专业3D打印机市场最大的公司，占专业3D打印机市场份额的一半以上，新公司仍是沿用Stratasys名称。这台设备可以打印1000x800x500mm的巨型宽幅成型尺寸，从而可以为汽车、国防、工业、消费电子以及家电等应用打印工业级1:1尺寸的模型。

当然，这打印的只是模型，而不是真实的能用的产品。这也是很多人的误会，“打印出的自行车能骑吗？”有人问。甚至有人问：“我用3D打印机再打印出一个3D打印机，不就行了吗？”这是目前对于3D打印的最大的一个认识误区，目前3D打印机主要还是应用于概念模型、工业设计原型等应用，仅有在牙科等领域可以直接打印出工业可用的产品。

“我们的目标是让设计师的创意更完美，轻松将创意变为现实并缩短设计周期；让制造商获得更高效率，使用最终模型件实现大规模定制；改善企业的设计和沟通过程，减少生产错误。”Stratasys公司创始人、董事会主席Scott Crump表示。他举个例子，比如打印出设计师新设计的1:1汽车模型和各种功能部件，这样可以更直观地评估设计效果，而不仅是停留在2D的图纸上。“我在23年前有一个梦想，就是让CAD工程师能通过一个简单的设备直接将他们的设计打印成3D的模型，在大规模生产前，能让工程师测试他们的产品。很快，这个梦想实现了，我与夫人一起发明了FDM技术。”他回忆道。他们的主要用材是热塑性材料，目前已发展到十几种。

而与他们合并的另一家公司则主要是专注于3D喷墨打印技术Polyjet，其创始人的梦想是用喷墨打印技术打印出极高质量的工业产品原型。12年前，他们实现了梦想，成立Objet公司，他们的主要用材是喷墨式光敏树脂，目前已有100多种材料。“当然，目前的3D打印还只是用于工业原型打印，打印出来的产品不可能替代真实的制造/铸造。”Scott Crump解释，“比如最大的一个问题是，3D打印是一层一层打印的，没法控制各个方向的强度一致性，这是未来要攻克的一个难题。”

虽然目前3D打印在工业上仅限于概念模型与工业原型，但是这将来带来巨大的工业变革，完全改变目前的制造业流程，并会带来无限商机。举一个最简单的例子，手机厂商的新手机都需要先做一个“手版”，这需要“开软模”，虽然比真实的模具便宜，但是价格也不菲，且需要十多天的时间。如果能通过3D打印直接打印出来，也就是几小时的时间。昌旭预测不久的将来可能会有不少提供这种类型服务的公司诞生，“我也准备去开一家手机手版厂了。”昌旭已在微博表示（玩笑哈）。因为目前的3D打印设备价格已可在接受范围。

“我们的3D打印设备价格从1万美元的桌面型，到60万美元的大型模型打印机，为用户提供多种选择。”Scott Crump解释，“if you can dream it, we can build it.”他说。

不过，设备虽然不算贵，但是材料才是真正昂贵的，就像目前打印机厂商主要是通过打印墨盒来赚钱一样。材料与3D打印设备需要完全配套。

材料是3D打印机商核心技术与赚钱法宝

3D打印机的核心技术是材料，就像目前打印机厂商主要是通过打印墨盒来赚钱一样。材料与3D打印设备需要完全配套，未来3D打印最耗钱的肯定也是材料。

前面谈到目前Stratasys公司可以提供10种热塑性材料与120种喷墨式光敏树脂材料，拥有几百项专利。他们未来最大的挑战仍是不断开辟新型材料，包括金属材料。对于目前国内有业者推出基于玉米的3D打印材料，Stratasys公司创始人、董事会主席Scott Crump表示这只是炒作，没有商业价值。“我们挑战还在于混合不同的材料进行打印，这个挑战已在不断攻克中。”他表示。

他介绍，已经商用的基于 Objet 独特的 PolyJet Matrix技 术，可以在单一构建中打印具有不同机械或物理特性的多种模型材料组成的零部件。PolyJet Matrix技术为各个领域提供了无限商机：最终产品外观效仿，感觉与功能测试，使其比以往更贴近最终产品。而更具革命性的是，该公司创新的即时构建数码材料 Digital Materials?技术，使用户能够预先设置材料的机械特性，进而创建复合材料。 对于目前业界谈论较多的金属材料打印问题，他不愿意多作回答，仅神密地表示这是他们的一个研究方向。“3D打印未来的发展方向有三个：一是让Polyjet喷墨打印具有更精细的画质；一个是能进行3D彩色打印；第三是则能打印出艺术性更强的产品。”

PolyJet 喷墨技术的工作原理是以超薄层（16μ）的状态将感光聚合材料一层一层地喷射到构建托盘上，直至部件制作完成。而最新的PolyJet Matrix的工作原理是其双喷嘴可以选择多种材料组合方式，包括同时喷射两种不同刚性材料，两种柔性材料，一刚一柔，任一种模型材料和透明材料，或任两种相同材料等。每种材料均存放在专用的液体系统以连接到载有八个打印头的PolyJet Matrix装置。每种材料包括支撑材料指定了两个完全同步的打印头。PolyJet Matrix技术可以控制每个打印头上的九十六个喷嘴中的任意一个，可以根据所处位置和模型类型从指定的喷嘴喷射事先调整好的模型材料，全面控制喷射材料的机械特性。这种复合型材料称为“Digital Material”数码材料，可以根据材料性能指标如拉伸强度，极限拉伸率，热变形温度以及Shore A弹性值与实际产品材料进行匹配。材料以超薄层的状态被一层一层地喷射到构建托盘上，直至部件制作完成。每一层感光聚合材料在被喷射后立即用紫外线光进行固化，从而制作出完全凝固的模型，可以立即进行搬运与使用，而无需事后凝固。可以用手或者通过水qiang喷射分离方式很容易地清除为支撑复杂几何形状而特别设计的凝胶体状支撑材料。[!--empirenews.page--]

两种不同的3D打印方式及对应的应用。


Stratasys研制的具有不同机械特性的3D打印材料。


这个脚模则是采用不同材料打印而成

竞争格局 与未来愿景

合并之前，两家公司2011年的总收入为2.77亿美元，而据第三方数据显示目前全球3D打印及耗材配件的市场总值是15亿-20亿美元。“所以，我们非常欢迎竞争，3D市场才刚刚开始。”新Stratasys公司CEO David Reis表示，“目前全球CAD设备有1400万套，我们预测未来每年由2D CAD转3D CAD的业务将达到100万套，这是一个巨大的机会。”他表示公司目前已售出二万套3D打印设备，未来的目标是一百万套。

Stratasys公司目前拥有500多项专利，核心专利是FDM与喷墨式PolyJet技术和相关材料，都是可直接从3D CAD文件或其他3D立体数据中制造产品原型或制成品。由于FDM专利在一年前已到期，现在全球涌现出80多家FDM的3D打印厂商，“我们正在探讨基于FDM上的更高一层的专利，比如热能控制等。”他透露。“竞争对手容易模仿的是简单操作专利，而对于复杂的专利比如说支撑系统、材料等是他们模仿不到的。”他评论道。

对于3D打印在家庭市场的应用，David认为还不到时间。他指出：“如果我们要让3D打印在家庭市场普及，首先我们要让设备操作简单，像普通打印机一样按键则操作，而不是通过CAD专业人员才能实现。第二，当然家庭打印设备需要更便宜和更可靠，否则售后也是一个问题。”他分析认为，目前3D打印仍是主要在工业与医疗应用领域，新兴应用包括珠宝首饰应用。

此外，对于工业级的3D打印设备，如果欲快速普及，也需要克服以下几个挑战，David认为一是要有更多的材料供选择；二是打印出的物件强度各个方向要一致。“当然，我们的ABS打印材料打印出来的物体强度已经与传统的铸造模型很接近，但是仍需努力。”他称。

目前业界三种不同的3D打印平台



3D打印设备已具有很大的商业前景，价格也不贵，最便宜的才一万美元。