3D打印有了“自己动手”的机会！3D打印技术的普及正改变制造业

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在刚刚过去的11月里，《连线》（Wired）杂志主编、52岁的美国人克里斯·安德森“下海”创业、投身3d打印市场开发，成为创投行业当月的一大新闻。克里斯·安德森的新职位是3DRoboti cs公司CEO，而它正是安德森于2009年与他人联合创立的一家3D打印制造公司。目前，这家公司已获得500万美元的风险投资，公司计划通过3D打印技术，在墨西哥制造无人驾驶的“飞行机器人”并售卖。
　　克里斯·安德森担任《连线》主编近12年，作为一位专业的物理学家，安德森由于撰写了多本有关数字经济的畅销书，其中包括《长尾效应》（TheLong Tai l）和《免费》(Free)而成为媒体关注的热门人物。在今年10月刚刚出版的新书《创客：新工业革命》中，安德森再次强调了他的观点：正在起步的“3D打印”产业即将建立一个关于制造品的“长尾”开源硬件大量涌现，产品设计和原型生产加速，3D打印机将制造业带入了“个人制造阶段”，将生产线搬上自家桌面……这在200多年来的大工业生产历史上从来没有过。《经济学人》甚至称3D打印“将与其他数字化生产模式一起推动和实现第三次工业革命”。就在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。
　　在《创客：新工业革命》一书中安德森写道：当激光打印机与软件结合，就改变了出版行业你不再需要庞大的打印“工厂”，也无需跟工会打交道，你只需在你屏幕上点击一个键，“打印”。一个简单的按钮重造了一个庞大的产业。而3D打印机所意味的，与工业革命带来庞大工厂的整合一模一样，它将工厂整合到你电脑屏幕上的一个图标：制造。
　　请想象这样一幕：在不久的将来，身在上海的你点击电脑屏幕上一个“制造”图标，远在重庆某个车间里的一台3D打印机，会在15分钟里为你“打”出一台最新款的福特汽车。
　　这一切，或许真的有可能变成现实。
　　3D打印：旧概念，新产业
　　其实，3D打印并不是一个新鲜的技术名词，它存在至少已经有30多年的历史。
　　最早的3D打印诞生于模具制造行业，其创意源自上世纪70年代开始普及的计算机3D辅助设计。它的前身，其实就是一台快速成型制造装置。在美国，当时如果一家鞋厂要制造一个新鞋模，从设计师图纸、到实物，大约需要7天时间。3D打印技术之父、美国“三维系统”公司首席技术官查克·赫尔回忆，当年的灵机一动，仅仅是为了解决制造塑料模具费时费力的问题，即一旦设计失误，一切都得重来。为了解决这些麻烦，人们想到了打印设备。
　　1994年，美国麻省理工学院一批研究者开发了一项名为 三 维 打 印 (Three Dimensional Printing，简称“3DP”)的技术，并申请了专利。1997年，工业化生产的3D打印机器开始应用。2005年，英国人Adrain Bowyer教授设计出一种更适合个人用户需求的小型3D打印机，并将自己的科研成果产品结构、配件信息、执行软件等在网络上公布，成为3D打印行业“硬件开源”潮流的第一人。
　　实际上，3D打印与普通打印机工作原理基本相同。3D打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，首先用软件将物体模型化，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图成实物。打印时，粉末会一层层地被“特殊胶水”粘合，按照不同的横截面图案固化，一层层叠加，像做蛋糕那样创建三维实体，最终一个完整的物品就会在粉末槽里成型。
　　3D打印物品的粘合方式，除了胶水，还有激光、光照等。决定3D打印在生活中的应用广泛与否，最重要的是材质。换言之，有多广泛的材质，3D打印制造就有多广泛的应用。
　　3D打印的优势在于，仅需几个小时或一夜时间，即可将设计师心目中的样品打印出来，而不必花费数周时间等工厂制作样品。它最大的特点是不仅可以按照需求提供个性化的设计和生产，还能极大降低人力投入、节约原型制作需要的材料。这种技术可以制造过去认为复杂而不经济的产品，并大大减轻产品重量。特别是随着个人电脑以及网络环境的普及，让3D打印的成本下降，甚至可以说，它正在逐渐符合“长尾理论”实现的条件。
　　像个人电脑一样普及
　　更重要的是，3D打印机正在变得越来越便宜。
　　上海交通大学机械与动力学院计算机集成制造研究所所长习俊通教授还记得，1997年前后，他所在的实验室花16万美元进口了一台采用当时主流工艺的3D打印设备。“像一台洗衣机大小，制造一个模型的材料成本大约要3000-4000元人民币/公斤，可算奢侈品。”那时候，每天都有五六拨人闻讯前来参观。
　　单从价格上来看的话，3D打印机的价格在一路下滑：在上个世纪90年代，它的价格一度高达数百万美元。而在2000年初，其价格降至一到二万美元。到了现在，你甚至可以在淘宝上花数千元购买一台3D打印机。记者在网上看到，入门级个人3D打印机，重量只有30多斤，就好像一个超大号的礼品盒或掏空的迷你打印机。当然，它的精准度并不高。
　　是什么导致3D打印机的价格变得如此“便宜”？可以说，开源硬件起着很大的推动作用。
　　开源硬件是指与自由及开放源代码软件相同方式设计的计算机和电子硬件。如果通俗一点解释，我们可以参考新车间创始人李大维的陈述：开源硬件是说设计图、原料表和上面执行的软件是通过开源的方式授权出来的。拿到这份方案的人，可以根据自己的意愿对产品做出修改，甚至生产和销售。
　　对于3D打印机来说，开源硬件Arduino是其价格迅速下降的主要原因。这是一款由多位工程师合作研发的电子原型平台，该平台包括一片具备简单I/O功效的电路板以及一套程序开发环境，3D打印机的生产门槛由此变得越来越低。因为Arduino让生产3D产品又快又便宜，所以整个制造过程被大大简化透明了。对整个3D打印产业来说，因为有了Arduino和其他尾随的开源技术，3D打印变的更普遍、经济规模要求更低、重组成本接近为零。这完全符合经济学家称之为“产业革命”的东西：设备或器械可以在小空间、低开销、低劳力要求的前提下批量生产。
　　在开源硬件的世界里面，目前有好几款3D打印机属于开源项目，比如说MakerBot、CandyFab、Fab@Home和Reprap等。这也就是说，很多人都可以按照他们所提供的方案购买相应的材料进行复制，而且其组装成本并不大。如今，MakerBot这类公司被科技界视为3D打印业中“苹果”公司，它致力于将3D打印机像当年电脑一样，从科研企业普及到个人用户。
　　人人都是设计者 人人都是生产者
　　那么在这样一个时代，中小企业能干什么呢？或者说，对于早期投融资的从业者而言，什么样的项目还可以关注一下呢？
　　家庭用户不会懂得如何去写一个三维的矢量方程组，他们需要的，是把现成的东西变成图纸输出到3D打印机中。这时，需要一种可以自动扫描物体空间并建模的机器，这就是与3D打印机匹配的3D扫描仪。
　　如果看过电影《普罗米修斯》，那么片中那个发出红光在洞穴中飞行扫描、然后呈现出整个洞穴结构的东西，就是一种3D扫描仪。事实上，3D扫描仪并没有那么悬乎。高精度的2D扫描仪现在是随手可见是的，就是你手边的鼠标。现在的鼠标在定位和测定距离的技术已经非常成熟。以这方面的技术为基础，建立一个3D轨迹的模型，是非常可行的，虽然有一定难度，但属于可以攻克的技术。
　　垂直领域的B2C电商，是一块流油的金矿。所以拼杀也尤其凶狠。时至今日，大家电、数码产品、图书、家居等等几乎所有领域的垂直电商已经杀成了一片红海。无论是家用3D打印机的器材原料销售还是图纸销售，这类B2C电商必然会变得非常红火，尤其是后者。图纸B2C无疑是标准图纸外包商的直接下游，而且虚拟交易摆脱了物流的约束。同时，在这种平台上个人图纸设计者也能建立自己摊位兜售成品。
　　而当家庭用户的3D打印成为日常行为时，对于不同材料的原料小额需求，将变成一个非常大的挑战或市场。这种需求除了依靠垂直B2C网站之外，小区运营商是个非常不错的来源。如果3D打印能取代家庭10%的采购需求，那么铺设原料管道直接入户就是值得的。未来，3D打印原料将和水电暖气一样，成为工业园区、甚至普通家庭的“标配”。
　　也许，3D打印的魅力，就在于你确定它会引发颠覆，却不知道具体是颠覆什么。克里斯·安德森这样说。
　　打印自己
　　全球第一家3D打印相馆去年在日本开业，通过3步就可以为自己打印一个3D模型。整个制造过程分为三个阶段：拍照、建模、打印。尽管打印出来的模型还比较小，但是仍然非常有趣，特别是对于小孩来说。
　　“雕刻天使” 打印胎儿样子
　　一些准妈妈常迫不及待地想让亲友知道胎儿的模样，现在她们不用发愁了，一家日本公司推出“3D胚胎模型”服务，满足了她们的愿望。
　　名为FASOTEC的公司推出的这项服务有一个好听的名字“雕刻天使”。孕妇接受核磁共振检查后，该公司可以通过3D打印技术制作胚胎模型。胎儿的样子会被打印出来，然后用透明树脂包裹起来。费用约为10万日元（约合7580元人民币），模型的迷你版还能当做手机链。
　　据悉，这家公司还将把3D打印技术运用在其他领域，如制作人体器官、供医生计划手术或进行医学院学生培训等。
　　而在BBC网站上的一段视频中，美国威克森林大学再生医学研究所教授安东尼·阿塔拉宣称可以将人体器官组织打印出来。
　　据介绍，打印器官时，研究人员首先从成年人的骨髓和脂肪中提取出干细胞，通过采用不同的成长因子，这些细胞能够被分化成不同类型的其他细胞；然后他们再将这些细胞转化成液滴，制成“生物墨水”。然后注射器一层一层地将“生物墨水”喷涂到凝胶支架上，这样一层层重复喷涂，直到器官的三维结构完成。这样，最终就能打印出一个完整的肾脏。
　　打印房子
　　身处繁华都市，最想要的就是一个温暖的家，而现在因为3D打印机，物廉价美的“3D房子”有可能从梦想变为现实。
　　最近，南加利福尼亚州大学霍什耐维斯教授领衔的“轮廓建筑工艺”项目组，试图利用3D打印技术“打印”一栋建筑。2004年，该项技术就已经能够“打印”出5英尺（约合1.52米）长、3英尺（约合0.91米）高、6英寸（0.15米）厚的建筑部件。随着近年来的技术改进，该技术不仅能够“打印”方形、圆形、环形甚至不规则形状的房屋部件，也有能力“打印”一整栋房子。
　　整个过程是这样的：先在要修建房子的空地上安装巨大的“打印”设备，而这一过程只需要两三名工人花费几个小时。打印设备的外观有点像建筑行业中使用的两边有滑轨的巨大行车，只不过行车横梁上通常用来装吊货物的部分，装有巨大的给料器，按照房屋3维设计图，稳定均匀地挤压出混凝土，一层层地“打印”叠加，同时机械手还能拾取旁边的其他建筑材料安装，甚至还能做铺设瓷砖那样的精细活。
　　按照教授的估算，若要建起一栋2500平方英尺（约合232.3平方米）的房屋，仅需20小时左右。
　　Areion打出来的汽车
　　16名来自比利时鲁汶工程联合大学的工程师，组成了名为GroupT的团队，在3周时间内就设计并通过3D打印，“生产”出了一辆时速可达141公里的赛车，参加了2012学生方程式赛车挑战赛。
　　这辆车被命名为“Areion”(亚利欧是希腊神话中是一匹非常敏捷迅速的神马)，它加速至100公里/小时只需要4秒，最高时速在141公里，重量280公斤，而且还是电力驱动。
　　据介绍，整个过程先从设计团队设计的汽车外壳着手，公司工程师将其它3D工程项目的经验应用于汽车车身建造上，其中包括集成芯片和接点，从而很容易将汽车整体性拼接在一起。在这个复杂的打印过程中，参与者可以亲眼看到依据设计图纸打印形成的汽车内部结构，一旦打印完成，汽车的外壳结构将实际完成，剩下的仅是车轮和发动机。汽车的两侧按照设计，均能打印出复杂的冷却通道……总而言之，它和一辆在常规生产线上装配的汽车，没有多大的区别。
　　打印飞机
　　波音和空客公司的工程师称，未来可以“打印”出飞机的机翼和大飞机本身。
　　波音公司已经利用三维打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件，包括将冷空气导入电子设备的导管。这些导管形状比较复杂，以前需要用不同的零件来进行组装，这样会提高劳动成本。
　　波音公司的最大竞争对手空客公司，目前也在三维打印技术上投入巨大资源。巴斯蒂安·沙菲尔是空客公司的机舱设计师，过去两年，他一直致力于一个新的概念用3D打印机制造机舱。沙菲尔的“概念飞机”本身就有许多令人眼花缭乱的复杂系统，比如仿生的弯曲机身、能让乘客看到周围蓝天白云的透明外壳等，这也需要一种激进的生产方式来完成他的设想。
　　这听上去有点像天方夜谭，不过沙菲尔为自己的目标制定了一张“路线图”，从打印飞机的小部件开始，一步一步发展，最终在2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。

【来源互联网】

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艾朵儿