幾經熱炒幾經冷場，3D打印出圈之路
很難想像，作為近些年才被廣泛認識的3D打印，早在1983年就已經誕生。
2012年，英國《經濟學人》雜志刊文，將3D打印技術視為“第三次工業革命”的重大標志之一，這引起了全球的廣泛關注。然而，眼看著就可以造天造地、顛覆產業無所不能的3D打印在風靡一時之后，再一次遵循了令人無可奈何的技術成熟度曲線。近年來，3D打印一次次被熱炒，也一次次考驗著人們的耐心。
事實上，世界上到處都是前途無量、卻從未真正推廣的技術。那些成功普及的技術，往往得益于外部事件。無疑，對于3D打印來說，新冠疫情正是那個外部事件。
事實也確實如此，根據國內B2C跨境電商平臺全球速賣通的數據顯示，疫情以來該平臺上3D打印機的銷售額和去年相比已經翻了一番，盡管今年3D打印機的海外倉備貨大幅增加，但疫情之下這些備貨已被搶空。其中，4月份中國3D打印設備產量同比大幅增長344.7%。
3D打印何以如此？隨著技術的逐步成熟，3D打印又是否春天將至？從小眾走向大眾，3D打印還有什么未經之路？
3D打印有所為
3D打印，顧名思義，三維打印。相較于常見的二維平面打印，3D打印有所同，也有所不同。
不論是二維平面打印還是三維立體打印，本質上都是一種打印技術。不同的是，平面打印最后以平面形狀的方式將文件內容打印出來。除了傳遞信息，平面打印并不具備實際的功能。相比于平面打印的文件，3D打印卻可以直接實現功能。
3D打印需將想要打印的物品的三維形狀信息寫入到3D打印機可以解讀的文件，再等3D打印機解讀文件后，以材料逐層堆積的方式打印出立體形狀。可以說，三維的形狀就是功能的基礎，打印出了形狀，也就打印出了功能。
此外，與“減材制造”相對，3D打印又稱為“增材制造”。對于現階段的制造業來說，目前通常所使用的材料加工技術多為“減材制造”技術，即對原材料進行去除、切削、組裝等加工，使原材料具備特定的形狀并可執行特定的功能。而“增材制造”則直接將原材料逐層堆積成特定的形狀，以實現特定的功能。
增材制造工作過程主要包括三維設計和逐層打印兩個過程：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型分區成為逐層的截面，指導打印機逐層進行打印。相比于傳統的減材制造方式，增材制造無疑具備很多優勢。
一是縮短生產制造的時間，提高效率。用傳統方法制造出一個模型通常需要數天，這根據模型的尺寸以及復雜程度而定，而用三維打印的技術則可以將時間縮短為數小時。因此，相比減材制造而言，增材制造尤其適合制造形狀復雜的零部件。當然，這也受其打印機的性能以及模型的尺寸和復雜程度的影響。
二是提高原材料的利用效率。與傳統的金屬制造技術相比，增材制造機制造金屬時只產生較少的副產品。隨著打印材料的進步，“凈成形”制造可能成為更環保的加工方式。
三是完成復雜結構的實現以提升產品性能。傳統減材制造方式在復雜外形和內部腹腔結構的加工上具有局限性，而增材制造可以通過進行復雜結構的制造來提升產品性能，在航空航天、模具加工等領域具備減材制造方式無可比擬的優勢。
比如，一臺3D打印機可以打印出許多形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同的零件。對于傳統的機床生產線來說，要加工不同形狀的零件，需要對產線進行復雜的調整。因此，增材制造尤其適合定制化的、非批量生產的物品。
事實上，一開始，3D打印主要是在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于某些產品或零部件的直接生產制造，包括在航空航天、工程施工、醫療、教育、地理信息系統、汽車等垂直領域都有所應用。
2015年，美國國家航空航天局（NASA）基于3D打印技術，打印出航空火箭發動機的頭部。這使得零件大量減少，焊縫也隨之減少，降低了火箭發動機出現故障概率的同時，使得迭代周期縮短、成本降低。
在迪拜，政府選擇用3D打印來建造政府大樓。3D打印建筑主要作業由機器完成，一體成型，建筑速度快，工人的作用多為操作和檢驗3D打印機的工作情況，因此對人力的需求比傳統建筑行業少。
2019年，以色列特拉維夫大學宣布該學校實驗室3D打印出了一顆“心臟”，這不僅是一個外觀打印的心臟，這是世界上第一個利用患者自己的細胞和生物材料3D打印出的三維血管化的工程心臟，也就是具有血管組織的三維人造心臟。
而今年5月我國首飛成功的長征五號B運載火箭上，搭載著我國新一代載人飛船試驗船，船上還搭載了一臺“3D打印機”。這是我國首次太空3D打印實驗，也是國際上第一次在太空中開展連續纖維增強復合材料的3D打印實驗。
顯然，隨著技術的逐步成熟，3D打印也不斷展現著其商業價值，但在從小眾走向大眾前，3D打印仍然面對一些懸而未決的困境。
3D打印的未經之路
當3D打印逐漸地走進人們的生產生活中時，人們也在一步步在把萬物皆可打印推向現實，巨大發展前景和廣闊應用空間令行業期待。但是同時，作為一項快速發展的技術，要想發揮3D打印的積極影響，仍有很長的路要走。
一方面，對于標準產品的加工，3D打印的規模效益不如傳統的加工方式。相比傳統的加工方式來說，3D打印制造過程中的固定成本更少，這導致在規模化生產標準產品時，3D打印制造的邊際成本下降不如傳統的加工方式。
比如，使用傳統的注塑方式加工一個橡膠零部件，所使用的模具屬于固定成本。由于產品是標準化的，批量加工該零部件時，就使得每個零部件分攤的該項固定成本變小。因此，利用該模具加工的零件趨向于無限多，則每個零部件均攤的成本趨近于0；而如果利用3D打印加工該零部件，不需要用到任何模具，因此即使用該技術批量加工完全相同的零部件，也不存在均攤的固定成本降低的情況。
另一方面，對于3D打印來說，當前可用的原材料種類仍然有限。從當前的情況來看，3D打印技術能加工的材料種類不如傳統加工方式多，主要有兩個原因：一是由于對于性質不同的原材料，往往使用的設備原理有所不同，因此可以使用的原材料種類的開發，受限于對應的設備研發進展。
二是由于3D打印的原材料往往需要特定的形態，例如金屬3D打印常使用金屬粉末作為原材料，且對金屬粉末的均勻度、含氧量、顆粒大小等都有所要求。相對于型材來說，粉末的加工難度更高，且相應的產業鏈尚不如傳統材料那樣廣泛而龐大。
而對于利用ABS塑料、光敏樹脂等非金屬進行的打印來說，目前市場上已經有比較多的原材料供應商，原材料的成本已經不是制約該技術發展的瓶頸。但對于金屬、高端聚合物材料來說，由于供應產能的限制，價格仍然比較昂貴。
此外，3D打印的零部件力學性能以及金屬3D打印在加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面仍有空間精進。同時，成品是否堅固耐用，用戶認知度是否提升，知識產權是否面臨更多的侵權風險都是3D打印在發展過程中必經卻未經之路。
3D打印承載未來制造想像
從3D打印的商業應用和市場化來看，經過30多年的發展，3D打印行業已經形成一條比較完成的產業鏈。包括上游的制造3D打印設備所需的零部件、打印過程中所使用的各類原材料、設計和逆向工程所需要的軟硬件；中游的3D打印設備及服務，下游的航空航天、汽車、醫療、教育等下游應用領域。
事實上，無論在全球范圍內還是我國市場內，3D打印的行業規模都呈現快速增長趨勢。據咨詢機構Wohlers Associates統計，2013年全球3D打印行業總產值為30.3億美元，2018年達到了96.8億美元，5年間的復合增速達26.1%。該機構同時預測，從2019年-2024年間，全球3D打印行業仍將保持著年均24%左右的復合增速。
相比全球平均水平，我國3D行業的市場規模增速更高，2013年國內3D打印產業規模僅3.2億美元，2018年規模達23.6億美元，5年的復合增速達49.1%。預計2023年，我國3D打印行業總收入將超過100億美元。
顯然，3D打印已逐漸從導入期步入成長期，而疫情無疑加速了這一進程。3D打印的不受空間的制約，能夠縮短供應鏈流程，生產效率更高，并且制造門檻也更低，這就為擺脫供應鏈提供了可行方案。于是，受海外醫療防護物資緊缺影響，利用3D打印設備制作出的口罩、醫用面罩、護目鏡等一時間成了“救場奇兵”。
其中，國內消費級3D打印機制造商創想三維，既是這一波3D打印風潮中的獲益者，同時也是國內3D打印行業的主要參與力量。創想三維3月出貨量達5萬多臺，4月初接到訂單近16萬臺，4月銷售額2.2億元。此外，閃鑄、愛用科技、光華偉業、潮闊電子等出口型3D企業也反饋了更多積極消息。
事實上，許多技術創新站在取得突破的門檻上，但其中卻少有幾項技術有望逆轉生產率增長的下降。但3D打印不同——它從設計上就是一種有助于提高生產率的工具。如果將3D打印和機器人結合起來，它的影響將會更大。機器人在3D空間中非常靈活，而3D打印機可以構建復雜的東西。將這兩者結合起來，沒有理由不能從零開始構建任何結構。
過去四十年里，我國制造業經歷了由復蘇向崛起的快速發展，總量規模不斷擴大，產業結構轉型加快，綜合頭力和國際競爭力顯著增強。在制造業飛速發展至工業4.0智能制造的今天，智能制造最大的挑戰，也從數量過渡到了質量。大規模定制、開放式創新與智能化工廠，這些變化也將是3D打印智能制造最直接的體現。
3D打印技術承載了人們對未來制造模式的無限想象，是數字時代人類技術積累到一定階段所孕育出來的新技術，3D打印技術賦予了人類對未來的巨大想象。在未來，傳統制造的物理限制和空間限制將不再那么重要，設計、生產將更加扁平化、更加開放。
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