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标题: 3D打印技术的虚幻与现实 [打印本页]

作者: zhixun 时间: 2013-9-21 13:16
标题: 3D打印技术的虚幻与现实

3D打印听起来像是科幻小说中才有的东西：该技术有可能会制造出人们想象出的任何物体，甚至是人体器官，只需几个电脑指令就可完成。对《星际迷航》的粉丝而言，这项技术可能让他们想起皮卡德舰长在“企业号”星舰中用声控复制器点了一杯他最喜欢的茶：“来杯格雷伯爵茶，热的。”

但是3D打印是真实存在的，而且最近这项技术使人们兴奋异常。尽管3D打印机并不完全是《星际迷航》中的复制器，但它采用电脑图像制造或“打印”三维物体。人们可以用它来制造塑料饰品、玩具、珠宝，为跛脚鸭制造假脚蹼，还可以制造人体肾脏甚至是枪支，虽然这种枪支能否有效使用还存在争议。

3D打印在1983年问世，当时查尔斯·赫尔(Charles Hull)发明了立体光刻，采用逐层叠加的方法制造物体。该技术在工业领域用于快速地制造原型产品、难以找到的零件和独特的设计制品。无论构造多么复杂，企业都能自主构建模型，无需外包，因而节省了时间和资金。近年来，家庭3D打印机已经开始出现。这种打印机操作更加简单，价格大幅降低，而且使用了无毒材料。突然之间，每位消费者的家都可以变成一座工厂，大概乐观主义者就是这样希望的。

今年2月，美国总统奥巴马开始推动3D打印技术的发展。他在国情咨文中提到，位于俄亥俄州扬斯敦市的一处仓库已经改造成一个先进的3D打印实验室。奥巴马表示这项技术“可能颠覆我们所有的生产方式。”他宣布将再建立三个这样的实验室，并要求国会协助建立一个由15个地点构成的网络。奥巴马认为将3D打印机用于工业领域可以重振美国的制造业，但是公众对这项技术的关注却在消费市场催生出了一批新产品。

5月，办公用品连锁公司史泰博(Staples)宣布将为消费者推出一款名为“Cube”的3D打印机。Cube由赫尔创办的3D Systems公司制造，零售价为1300美元。根据史泰博公司官网上的信息，Cube与利用复杂的计算机辅助设计软件的工业3D打印机大不相同，有五种鲜艳的颜色可选，是一种“即插即用”设备，“无需培训”即可轻松上手。

7月，eBay推出了名为“eBay Exact”的3D打印服务，消费者可以订购个人定制的产品。产品价格不一，既有9美元的iPhone保护套，也有350美元的金属戒指。就连亚马逊也开放了3D打印机销售专区。同时，微软也顺应潮流，在即将推出的Windows 8.1系统更新中增加了3D打印支持。微软创业事业部经理谢恩·博切(Shanen Boettcher)在6月26日的一篇博文中写道，用电脑制作3D物体“就和用Word编辑文档再打印出来一样简单。我们想让3D打印简单易行，这样任何人都可以建立自己的桌面工厂了。”

目前仍为小众领域

但是，仅仅因为3D打印机的价格越来越实惠并不意味着很多消费者都会购买。沃顿商学院兼职教授大卫·罗伯逊(David Robertson)并不相信3D打印机会在大众市场广泛普及。他说：“我不确定3D打印机能否突破业余爱好者这个圈子。”罗伯逊的主讲课程是创新和产品开发，他应该对此有发言权。他拥有两台Makerbot 3D打印机，每台价格几千美元。他可以利用3D打印机为儿子制作相扑机器人玩具，也可以给电灯制作灯罩。但他指出，3D打印更适合特殊工作，而不是普通的任务。

罗伯逊将家用3D打印和家用照片打印进行了对比。即使消费者买得起照片打印机，但是大部分人也不会买，而是送到专业冲印机构去制作高品质的照片，这样既方便又便宜。消费者也不必购买昂贵的相纸和墨盒，因此节省了金钱。罗宾逊相信3D打印市场也将如此。虽然一些业余爱好者想拥有一台3D打印机，但是大部分人更愿意购买3D打印服务，因为这种服务更方便也更便宜。

家用3D打印机的局限性也使它的吸引力黯然失色。这种产品一次只能用一种材料，最常用的是塑料，而大多数物品都是由多种材料制成的。罗伯逊表示，尽管3D打印机的价格已经从几万美元降到最低几百美元，但一般的价格仍在1000美元到2000美元之间。再就是制造产品的材料也会产生成本。

罗伯逊补充说，此外，家用3D打印机“问题不断”。“他们可能在你正需要的时候坏掉，要保持3D打印机的稳定运行需要一定的技巧和耐心。打印机的零件也没有那么精确，实际打印效果可能与设计图之间有所出入。最后一点，3D打印过程可能要耗费几个小时甚至几天时间才能完成一项任务。

定制

那么，3D打印究竟路在何方？这是一项革命性的技术，最适合的用途是帮助消费者和企业制作特殊产品，但是制作过程效率不高，因此不能大规模生产。沃顿商学院研究创新领域的副院长兼运营和信息管理教授卡尔·乌尔里希(Karl Ulrich)说：“如果有需求比较零散，或是需要高度定制，那么这项技术就可以用于生产。这些用途并非无关紧要，但是我认为3D打印技术不会给制造业带来多大的革命或颠覆。”

乌尔里希解释说，3D打印是一系列辅助性生产工艺的结合，可以直接把数字文件制造成零部件。这种技术最常见的应用方式是将细带状的熔融塑料通过逐层喷塑制作成物体。他在6月12日为《华尔街日报》撰写的一篇专栏文章中指出，“3D打印本质上就是逐层喷塑；每个材料单位都必须层层叠加。所以，3D打印的速度很慢。”

根据乌尔里奇的说法，工厂中一台注塑机每15秒就可生产100个完美无缺的塑料勺子，但性能最强大的3D打印机每10分钟只能生产一个勺子，而且还有缺陷。他在文中写道，“这样使生产效率降低了4000倍。”由此推断，消费者在冰淇淋店里使用的勺子永远不可能是用3D打印出来的。乌尔里奇总结道，3D打印是一项“奇妙的技术，但是无法改变工业生产的基本经济规律。”

然而，这项技术非常适合制造个人定制、独一无二的产品，以及满足零星出现的少量生产需求。乌尔里奇在《华尔街日报》的专栏文章中提到，“当产品需求极其不连贯，以及消费者非常注重定制产品独一无二的特性时，3D打印就可以得到广泛应用。”他表示，人们可能不需要个人定制的冰淇淋勺子，但是如果病人需要髋关节置换，那么个人定制就非常有必要了。当涉及到古董摩托车配件等订购频率较低的产品时，企业运用3D打印技术的效率就会更高，而不必存储配件。

火箭引擎零件和肾脏

3D打印已经对许多行业产生了巨大影响。3D打印机可以用来生产巧克力、用于器官移植的合成支架、精密假肢、航空器、尖端概念车甚至是美国国家航空航天局(NASA)的火箭引擎零件。

7月24日，NASA宣布了对两款3D打印机制作的小尺寸喷油嘴进行防火测试的结果。这两款喷油嘴经受住了6000华氏度（约3316摄氏度）的高温而没有融化。用传统方式制作这种喷油嘴通常需要6个月才能完成，成本约为10000美元，而用3D打印机只需要3个星期就可制作完成，成本不足5000美元。

3D打印甚至被用于制造人的肾脏。美国维克森林再生医学研究所(Wake Forest Institute for Regenerative Medicine)的外科医生安东尼·阿塔拉(Anthony Atala)在2011年TED大会上展示了一个用3D打印机制造的肾脏。这种3D打印机使用的是活细胞。阿塔拉十年前还曾经运用类似技术成功制造出可使用的膀胱，使用该膀胱的患者卢克·马赛拉(Luke Massella)由于身患脊柱裂而导致肾衰竭。马赛拉与阿塔拉共同登上了TED的舞台，向观众证明完成器官移植后他的身体状况已经极大改善。

3D Systems公司和德勤咨询公司(Deloitte Consulting)确信，越来越多的人将会使用3D打印服务。7月11日，他们宣布将共同运营一个3D打印中心，帮助企业了解和运用这项技术。目前3D Systems公司的3D打印机销量已经大幅增加。2013年第二季度，该公司的营收同比增长了45%，达到1.208亿美元，这主要是由于专业打印机和其他产品的销量增长了一倍以上。

3D Systems公司声称其Cube家用打印机需求已经增加。该公司表示，日本最大的消费电子零售商山田电机(Yamada Denki)已经开始销售这款打印机。3D Systems公司在业绩发布会上表示，“我们预计在2013年下半年，公司的消费者解决方案营收将到达关键高位。”

美国消费电子协会(Consumer Electronics Association)行业分析总监史蒂夫·凯尼格(Steve Koenig)指出，当前的最新趋势是缩小3D打印机的体积，使这类产品的价格更实惠，更易于使用。他说：“消费者现在有能力制作各种各样的产品，这在以前是不可能实现的。”消费电子协会预计，美国台式3D打印机今年的出货收入将达到5220万美元，2017年则会稳步增至1.947亿美元。这一期间的销量有望扩大4倍，从今年的41400台增加到2017年的159100台。

作为一年一度全国最大的消费类电子产品展览会的主办方，消费电子协会将在2014年设立首个3D打印技术专区。技术专区是展览会的迷你展区，主要展示不同厂商的最新技术。尽管人们对家用3D打印机兴奋不已，但凯尼格指出，3D打印作为一种服务更有发展前景，而消费者很少会自己购买这种设备。他说：“消费者可以自己购买3D打印机，企业可以为你提供3D打印服务，但更有吸引力的是后者。”

《沃顿知识在线》科技与媒体编辑肯德尔·怀特豪斯(Kendall Whitehouse)表示，3D打印所蕴含的潜力在消费市场引起了一阵兴奋，但其中也有很多是炒作。他指出，“至少从短期看来，这种兴奋或许已经超越了现实。”但怀特豪斯认为，未来可能出现这种情形：消费者在网上购物，零售商会提供数字设计图纸，然后由消费者自己在家里打印出来。他说：“如果能到达那一步，你就几乎可以实现瞬间移动了，只不过移动的物体没有生命而已。”

发布日期 : 2013.09.18

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