023D打印机：新一代神器？

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“3D打印机”披着魔法世界中的神器形象走向公众视野。 #RyX}t X,  
　　飞机、汽车、步枪、泳衣、首饰、血管，甚至“胎儿”，都成了3D打印机中的产物。有人幻想，再打印个“房子”和“女友”，人生就完美了。 gGtl*9a=  
　　美国《时代》周刊将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。 pOe"S  
　　行业预估，2012年，3D打印市场规模将达到13亿美元，2016年达到31亿美元，2020年达到52亿美元，8年内增加300%。 j;3hQOl  
　　看到这儿，你是否觉得这将成为下一个金矿？但还是先醒醒，让我们认识一下真实的3D打印机：

3D打印机及其工作原理浅谈 8!!iwmH{  
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3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。 .Y^UPxf@  
　　最近几年，3D打印机的价格已经能让中小企业负担的起，从而使得重工业的原型制造环节进入办公环境完成，并且可以放入不同类型的原材料进行打印。 y=H\Z/=  
　　因为快速成型技术在市场上占据主导地位，3D打印机在生产应用方面有着巨大的潜力。3D打印技术在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天、牙科及医疗方面都能得到广泛的应用。 B\ITXmd   
　　每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。 M.loG4r!
 
　　打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。当然受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。 [tP6FdS/M=  
　　由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。 \`MX\OR  
　　不过，虽然3D打印机价格在不断降低，很多厂商、设计院、大学等都开始或准备配备，但产品价格依然较高。3DSystems推出的新款InVisionLD入门级桌面型产品价格为1.59万美元，而ZCorporation出品的中端型号Z510要价10万美元。好在3D打印机的耗材成本并不夸张，例如打印手机模型，大概花费20美元材料费，比起其它成型技术成本要低得多。

实际应用领域 )$wX~k  
3D打印机及其服务可以应用于航空、国防、交通工具、医疗、工业设备、教育、珠宝、建筑和消费者产品市场。这些行业对于产品原型设计、零部件制作、个性化生产的需求强烈。目前3D打印机生产的产品中80%依旧是产品原型，仅有20%是最终产品。

3D打印的优势 "%
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与批量生产不同，3D打印提供了个性化、低成本、快速制造物品的优势。减少物品生产环节，降低人力投入，节约原型制作需要的材料，企业和个人均可按照自己的个性化需求生产和设计产品。尤其针对医疗和制造行业，这类制作方式优势显著。

行业相关企业 zhbp"yju7  
美国最大3D打印机生产企业即Stratasys，2011年拥有41.5%的市场份额，2012年上半年发货量达1598台，总收入9440万美元。其它企业还包括3D Systems、RepRap、MakerBot和Shapways，它们提供原型制作系统、制作材料、开源代码和交流平台等。

3D打印机价格 <
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3D打印机目前分为企业型和家用型。企业型主要为公司提供原型和零部件制作，价格从2万美元至百万美元不等，价格昂贵。以Makerbot为代表的小型家用机则满足个人设计和制作兴趣，可打印眼镜框、浴帘环和玩具，价格在1299美元左右，最高不超过2000美元。

3D打印机：野蛮神器要革制造业的命 m.:2G  
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3D打印的新技术，正在重塑全球制造业竞争格局。 *=yUs'brB  
两家3D打印机制造巨头均为美国公司并在纳斯达克上市。 F7o#KN*.]  
虽然在中国尚未普及，但3D产业链正在形成。 Tt^PiaS!  
有这么一种打印机，它可以打印出会飞的飞机、可骑的自行车，或是一块能吃的蛋糕，能穿的衣服与鞋子，甚至加上关键零部件就可打印出一把可以射击的步枪……这不是科幻电影，而是已经存在的现实。 /NE<?t N  
近日美国科学家利用打印机直接制造出一副塑料机械臂，使一位两岁小女孩的残疾手臂能够正常活动。这副“神奇手臂”再次将3D（三维）打印机拉入公众视野。 \/qo2'V j`  
新发明与掘金潮 B!PT|  
据林永利估计，3D打印机在中国企业界的装机量在400台左右。 ^)i5.o\  
3D打印机（3D printers）发端于军方的“快速成型”技术，已有数十年历史，美国的3D打印机制造商Stratasys于1992年卖出第一台商业化产品。 :eHD{=  
2009年以来，3D打印市场在北美和欧洲急剧增长。根据Stratasys公司2011年财报，其八成左右的收入即来源于欧美市场，美国《时代》周刊已将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。 A(Tqf.,G  
目前全球有两家3D打印机巨头。一家即为上述Stratasys公司，它是纳斯达克上市公司，刚刚收购了以色列一家名为Objet的3D打印机公司；另一巨头是亦在纳斯达克挂牌的3D Systems公司，它在2012年初通过收购另两家3D打印机品牌Z Corporation 和Vidar Systems奠定其江湖地位。 ;i;2c
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Stratasys和3D Systems创造着每年近两亿美元的市场营收。前者的客户不乏宝马、戴尔、英特尔、耐克等世界五百强企业。而越来越多的领域正利用3D打印技术创造神奇；过去一年，关于3D打印机“魔幻现实主义”般的新闻时有发生。 ;dC>$_P?  
2011年3月，英国一名科学家设计出一款名为Airbike的自行车，并用打印机一次成型地打印出车轮、轴承和车轴。通常情况下，这些零部件需要由多个工厂制造，而后进行组装。这辆自行车采用尼龙材料，坚固程度与钢铝材料不相上下，但重量却减少了65%，关键是——它可以骑。 0cGO*G2Xr  
几乎与此同时，美国康乃尔大学一位教授带领他的学生，在实验室里用一台打印机，打印出一块有草莓酱的巧克力蛋糕；4个月后，英国南安普顿大学一位教授和他的团队，“打印”了一台最高飞行时速100英里的电控飞行器。这架飞机上2米长的机翼、集成操纵面以及舱门，均由打印机制作而成。哈佛大学医学院的研究人员则宣布开发出一台可以进行生物打印的设备；2011年9月，世界首辆3D打印机制造的汽车现身加拿大温尼伯市…… `5SLo=~  
虽然中国目前并非3D打印的主市场，但已经有不少嗅觉敏锐的掘金者，而这个群体正不断扩大。 i sK_t*  
林永利是3D打印机品牌Objet在中国大华东地区的代理商（目前世界几家大3D打印机供应商均未在中国设立直销部门，代理是唯一的销售模式），他的客户集中在工业设计、机械电子、汽车制造、建筑、医疗、动漫和珠宝等领域，医疗行业是最大的使用群体。 fRcs@yZnS  
杭州的六维齿科是林永利的客户之一，他们利用3D打印技术，进行牙齿正畸和数字化种牙。“传统种牙，医生凭经验直接种，现在则可以先扫描你的牙齿，获得3D数据图后打印出个牙模，确定准确的种牙位置，直接种下去就可以了，减少风险和痛苦。”林永利对南方周末记者说。 f&=WgITa  
而本文开头提及的残疾小女孩，她患的是先天性多关节挛缩症，症状是四肢不能伸直、肌肉僵硬。如果是成人患这种病，通常可佩戴金属机械臂以帮助手臂活动，但对于只有两岁的小孩来说，市面上没有大小合适的机械臂。而使用3D打印机，可以先将成人使用的机械臂按比例缩小，然后输入打印指令，几个小时后，一副定制机械臂就诞生了。 .$o0$`}  
虽然没有权威的中国市场的统计数字，但身处行业中的林永利估计，3D打印机在国内企业级装机量在400台左右，近两年增长尤其快，年增速均在70%左右，“市场规模肯定在超过1亿元人民币”。 %R?B=W7;Q  

4000元，在家打印 B> V)6\  
同样的原理，你甚至可以打印一个“自己”即缩小版的人物模型送给她。 ]=?.LMjnH  
3D打印的故事，远不止设备制造商和企业用户那么简单。 mWX{I2  
27岁的创业者金涛三年前在杭州的一间出租屋中创立了自己的3D打印公司，他最初的设想是为一家大型网游公司打印玩具，后因授权问题，生意没有做下去。他便转而为一些企业提供3D打印服务，直到2010年，国外的3D打印机品牌开始陆续发布供个人使用的“桌面机”，机器价格和耗材都更便宜，使用方便，精度也能满足一般使用者的需求，这让金涛看到了不同于企业用户的另一种可能。 $i"IOp  
南方周末记者在其办公室看到，一台小型桌面机正在“吐丝”打印一个马上要用的支架，利用这个支架，耗材就可以直接挂在机身上。 *(CV OY~  
从2010年底到现在，金涛已经卖出了150台桌面机，不仅包括代理的国外品牌，还有他们自己制造的机器。 $[{YE[a  
一位“80后”怎么可以自己制造3D打印机？“一个做结构设计的英国教授，在研发出3D打印机后，就把一些关键的技术在网站上公布，供爱好者使用，”金涛说，“我就是根据这些开源的信息研发出自己的产品的。” 7Kn}KO!Y8  
金涛介绍称，第一代产品售价是4000元，只有一个喷头，只能打印一种材料；第二代产品正在内测中，安装有两个喷头，价格“也不会过万”。 2b^E8+r9  
最近两年，金涛明显感到了3D打印技术正在为越来越多的人关注，在他们的QQ讨论群中，已有一千多位参与者。他还于2012年6月初上线了一个3D打印社交网站，网友可以上传分享3D数码图，讨论产品设计。网站也有交易功能，如果你想给女朋友设计一个独一无二的戒指，可以通过开源的3D软件，设计出数码图，上传图片、选择打印材料、下单，不出数日，这个独一无二的定制戒指便到了你女朋友的手里。 ">x"BP  
同样的原理，你甚至可以打印一个“自己”——也就是一个缩小版的人物模型，送给她。 JE ''Th}  
这种作法是受到了美国Shapeways公司的启发。事实上在北美和欧洲，类似的商业模式早已屡见不鲜且使用广泛。 E4qQ  
Shapeways是一家位于纽约曼哈顿中部的3D打印机服务提供商，正在用社交网络使普通人参与制造业。如果你是Shapeways网站的注册用户，有一个好的产品设计创意，便可把它上传到网站，网站给出各种材料的价格，你可以选择购买，然后直接打印，并把产品在线展示，卖给任何喜欢的人。 b3l~wp6>  
Shapeways公司CEO彼得称，2011年他们已经印制了75万种产品，使用的材料包括塑料、不锈钢、银、陶瓷，甚至玻璃，最新的3D打印技术还能套色打印。 #?klVK&e/  
普通用户在使用3D打印技术时通常面临这样的难题：并非每个人都能使用3D软件进行图像设计，并非每个人都买得起价格百万的3D打印机。但是“开源”、“社交”等互联网理念，使这些问题迎刃而解。 yLEAbd%+  
一些公司将3D建模软件分享到互联网，例如123D和Tinkercad，它们使用起来并不复杂，可以把一张iPhone照片，或旧名信片，转换成3D图像数据。另外一款名为Photofly的软件，只要你有一台单反相机或者是普通的卡片机，就可以将你自己的人像生成3D数据。 Pm==m9  
为了让更多的人了解3D技术，Shapeways还开了类似苹果的体验店，让更多的爱好者到店里参观，还会定期举办3D打印设计的学习班，帮助有兴趣的人掌握技术。 zp:EssO=Q  
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越来越多的电影开始使用3D打印机制造道具。 （CFP/图） UB3hC`N\  
“自然造物” \CVrLn;}  
李庆华的做法是通过3D扫描技术，将一些有待保护的佛教造像，转变为三维数据图像，再用3D打印机打出模型，供文物研究和图像保留。 c%5Suu(J6  
2012年7月毕业的中央美术学院学生宋博文，正在创办一个3D艺术品工作室，取名格物。这源于一年前某次展览上，她偶然看到一个奇特、流畅的自行车，“不知道怎么做出来的”，对造型的敏感让她迅速在网络上找到了答案，并和浙江的金涛取得了联系。 /[,0,B9!3  
“3D打印技术与传统的造型手法完全不同，这是一种‘失控’的设计状态，可以实现完全自由的设计，充满未知的惊喜感。”宋博文对南方周末记者说。她很快设计、打印出礼帽、十二水灯、笔等一系列作品，其中的“礼帽”还在比利时3D打印厂商Materialise举办的“世界3D打印作品展”上摘得亚军。 ]Ia}H+&  
25岁的她备受鼓舞，决定和男朋友一起创业，除了生产销售3D打印的艺术品，也和一些室内设计的公司合作，帮他们设计3D图像，实现一些“自然造物”的装修想法。 C1po]Ott*  
“我们的目标是让3D打印技术融入生活之中，你可能意识不到它，但已经在体验它带来的改变。”宋博文说。 [J +5  
生活在杭州的李庆华是位雕塑家，对佛教造像特别有兴趣，四处走访的他对国内一些石窟的保护状况很是担忧，于是想做一些“力所能及的事”：把这些正在消失的文化遗产，用数字手段留下资料。 MD>xRs   
李庆华的做法是通过3D扫描技术，将一些有待保护的佛教造像，转变为三维数据图像，再用3D打印机打出模型，供文物研究和图像保留。 'l6SL- <  
李已经完成的一个实例，是山西天龙山石窟18窟的复原。天龙山石窟造像群上世纪30年代遭到洗劫，部件流落世界各地，在时间的侵蚀中已破败不堪。李庆华和几个朋友一起，花了十多天的时间，把18窟的3D数据扫描回来，又花了半年时间细致地拼出三维图形。李使用的3D图像处理软件，来自华盛顿大学发明者的开源分享。 BT*{&'\/  
李的团队正在设计一款手机应用软件，把天龙山石窟的三维数据上传，再根据已有史料，标出遗失部件在世界各个博物馆的位置，有兴趣的爱好者可以到自己身边的博物馆，用手机拍下部件的照片并传回来，李庆华便可以把这些照片转换成三维数据图，再通过3D打印出复原后的造像。“我们已经通过这种办法，将国家博物馆的一个头像完成了复原，文物研究需要真实的触感。” %hN7K  
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美国MakerBot公司生产的家用版3D打印机。 （南方周末资料图） Q1[EiM3  
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中国杭州Magicfirm公司生产的家用版3D打印机。 （南方周末资料图） @Jc^ur  
挑战“中国制造” xy+hrbD)j  
2011年6月，美国总统奥巴马宣布一项新政策，并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。 Uj twOv|pF  
从工业领域到寻常百姓家，3D打印的产业链正在形成。“社会化制造”成为行业内外热议的一个话题，制造业的形态正在发生潜移默化的改变。未来我们有可能利用这项“野蛮”的技术来直接打印出手机。 dr^MW?{a\  
纽约另一家利用3D技术生产消费品的公司Quirky拥有20万的注册用户，他们在线搜集用户的创意，产品设计图纸，用3D打印机以最快的速度成型，再上传讨论，最终确定方案后批量生产。届时在线上和线下都会有销售，他们最成功的产品是一排可折叠的接线板，设计者常从一个创意就获得不少的收入，有的用户一年能赚几万美元。 y!/:1BHlm  
而美国加利福尼亚州的Legacy Effect公司，利用Objet 3D打印机为电影特效片段制造3D模型和原型，为演员量身定制可以完全适合演员的脸、颈部和头部的道具，在电影《侏罗纪公园》、《阿凡达》、《钢铁侠》以及《复仇者联盟》中都有应用。 yyc4'j+  
日本一家公司甚至推出了面向个人的“Baby复原服务”：只需提供婴儿在母亲肚子里的X光照片，他们便可以复原成三维图像后，打印出一个“肚子里的婴儿”模型作为纪念。 ]7J*(,sp  
3D打印还能实现一些传统制造方式难以实现的复杂结构。2011年巴黎春夏时装展上，荷兰时尚设计师Iris van Herpen发布了他直接用3D打印机制作的立体服装，这些超太空感的服装由锦纶打印而成。 /A1qTG=Br  
不再依赖人工，没有组装流程，没有边角料，3D技术的这些特点，将在某种程度上重新定义工厂。若成本进一步降低，个性产品将获得和规模产量同等的竞争力。有人预计，到2020年之前，3D打印机将可以从事小规模生产，制造过去的劳动密集型工艺品和商品。 cd]def[d  
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杭州雕塑家李庆华利用3D打印技术还原正在消失的历史文化遗产。 （李庆华 供图） UaXWHCm`  
这项新技术正在因此而重塑全球制造业格局。 ewVks>lbz  
2011年6月，美国总统奥巴马宣布一项新政策，并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。2012年7月17日，美国《外交政策》杂志网站发表题为《制造业的未来在美国而不在中国》，称“技术进步将使中国的制造业像过去20年里美国制造业那样迅速衰落”。 kWbD?i-  
“和美国相比，中国缺少DIY（自己动手）的习惯和创意设计发展的土壤。”金涛说，在新技术开启的下一轮制造业竞争中，中国表现如何还是个未知数。 )W |_f  
北京计算中心有一台3D打印机，其虚拟现实部经理季红持同样观点，“前不久中国发明家协会组织了一些企业到我们这参观，大多数人对这一技术不敏感，不觉得它物有所值，唯一产生兴趣的是一家想做‘山寨’眼镜的企业。” (Z?g^kjq)  
而在这个行业中浸淫多年的林永利觉得不必太担忧，到目前为止，技术还存在一些局限性，比如材料限于塑料、树脂和金属，精度也只能精确到几十毫米，在规模化生产方面也不具备优势。他说，“3D打印机不是万能机。” Dgm"1+  
无论如何，3D打印技术实现了一种可能，只要你有一台电脑，一个想法，不管你在穷乡僻壤，还是繁华都市，都可以通过自己的方式，改造这个世界——至少改变自己的世界。 (gjCm0#_%  

3D打印机发展趋势： qe|U*K 2_  
　3D打印机并非“万能机”，目前存在的各类问题，包括打印机价格昂贵、可制作原材料少、输出的产品质量低、制作成本高、运用领域仍狭窄等，使3D打印仍处于早期的发展阶段。但业内对其未来发展却充满期待。 <jG[ z69)  
　1.从规模化生产走向个性化定制。伴随3D打印机兴起的是3D产品设计交流平台的诞生。Shapways就是这样一个公司，不仅设计师可以在这个平台销售定制的3D打印产品给客户，任何没有3D设计经验的使用者也可以提交自己的想法并定制物品。2011年，该公司印制了75万种产品。
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　2.激发硬件制造动力。任何一名设计师都能够使用低成本的3D打印机迅速打印出他们设计出的新产品。传统制造可能需要3个月，但现在只需1个月。所有这些都激发了设计师和工程师推动硬件领域技术突破的动力。 ^wz 2e  
　3.中国制造的优势还能维持多久？2011年6月，美国总统奥巴马宣布向3D打印产业支出5亿美元以帮助美国发展制造业。当3D打印的优势，如减少人工成本、节约原材料、降低生产成本的优势得到进一步的提升，也许个性化产品也能产生规模性的价值。美国甚至有媒体称“技术进步将使中国的制造业像过去20年里美国制造业那样迅速衰落”。