開放式創(chuàng)新社區(qū)對3D打印機設計的影響

張祎

摘要：誕生于開源世界的桌面級3D 打印機的設計很大程度受到了開原創(chuàng)虛擬社區(qū)的影響。開放式創(chuàng)新社區(qū)成員出于對產(chǎn)品的熱愛自發(fā)地開展了創(chuàng)新活動，貢獻了大量的優(yōu)秀創(chuàng)新案例，同時也為設計者提供了設計思路。文章在親社會行為和免費創(chuàng)新理論的視角下嘗試解釋了社區(qū)內(nèi)創(chuàng)新的來源，并提出產(chǎn)品設計及社區(qū)運營的建議，為桌面級3D 打印機的設計提供了新的思路。

關鍵詞：3D 打印機產(chǎn)品設計開放式創(chuàng)新社區(qū)免費創(chuàng)新

起源于1940年代的數(shù)控機床由于復雜的構造和高昂的價格使得很難為普通人所擁有。隨著微電子學和集成電路的發(fā)展，芯片的運算能力變得越來越強，以往需要占用整間屋子的計算機現(xiàn)在可以被集成到指甲大小的集成芯片上，以往高不可及的尖端技術，現(xiàn)在也可以成為人們?nèi)粘Ｊ褂玫墓ぞ?。在技術進步之外，另一群人也在為尖端技術平民化而努力，他們就是支持并為開源領域奮斗的極客們，而桌面級3D 打印機就是他們的杰出成果之一。3D 打印的普及使得個人創(chuàng)作者和設計師的工作流程發(fā)生天翻地覆的改變，設計方案從原來的圖紙變成了虛擬的數(shù)據(jù)。加之互聯(lián)網(wǎng)的普及使得人們的溝通更加便捷，交流的內(nèi)容更加地豐富，3D 打印機作為可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實物的加工設備，極大地拉近了數(shù)據(jù)與實物之間的距離。作為一個誕生在開源世界中的設備，桌面級3D 打印機是由分散在世界各地的創(chuàng)客們共同構建的，而開放式創(chuàng)新社區(qū)作為桌面級3D 打印機的誕生空間自然對其發(fā)展有著無法忽視的影響。那么如何才能更好地利用開放式創(chuàng)新和社區(qū)，將大眾智慧轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品升級的動力。文章將通過分析Tthingiverse社區(qū)中創(chuàng)新行為對桌面級 FDM 3D 打印機的影響，以親社會行為、免費創(chuàng)新理論為基礎，探討如何利用開放式創(chuàng)新社區(qū)獲取桌面級 FDM 3D 打印機的創(chuàng)新設計思路及用戶需求，并嘗試總結設計方法。

一、桌面級 FDM3D打印機

（一） 桌面級 FDM 3D 打印機的定義

3D 打印，又稱快速原型技術，是一類加工方式的統(tǒng)稱。此次研究僅針對的是桌面級 FDM 3D 打印機。 FDM （fuseddepositionmodeling），即熔融堆積成型技術，由 ScottCrump 于1989年發(fā)明，是一種常見的3D 打印成型技術，有著成型速度快、成本低廉等優(yōu)點。桌面級（Desk-top）是對一類小型設備的統(tǒng)稱，桌面級3D 打印機是指針對于個人或家庭使用的3D 打印機，與之將對的工業(yè)級3D 打印機是指針對于工業(yè)生產(chǎn)的3D 打印機。世界上第一臺桌面級 FDM 3D 打印機是由美國 Stratasys 公司于2002年發(fā)布的 Dimension 型3D 打印機，2008年世界上第一個開源桌面級 FDM3D 打印機項目Reprap上線，Reprap項目主打可自我復制理念，徹底改變了桌面級 FDM3D 打印機的走向。

（二） 桌面級 FDM 3D 打印機的現(xiàn)狀

隨著“3D 打印樓房”、“3D 打印汽車”等新聞被媒體廣泛宣傳，3D 打印技術已經(jīng)被大眾熟知，許多課外培訓機構將3D 打印技術結合進自身課程之中，作為招生宣傳點。

作為工業(yè)生產(chǎn)的技術類目，3D 打印的技術種類多種多樣，技術特點對應了不同的生產(chǎn)需求， FDM 作為其中的一種，憑借著其特有的優(yōu)勢在學校、小型工作室和個人家庭領域得到了廣泛的應用。

從材料方面， FDM 技術作為出現(xiàn)較早的3D 打印工藝，其技術發(fā)展較為成熟，在市場不斷擴大，使用范圍越來越廣泛的情況下，打印材料的成本也在逐步降低。工業(yè)領域常見的樹脂固化（Sla、dlp）和粉末燒結（Sls）技術，因其技術的特性，設備功耗較高、占地較大，且其材料本身也不適合在沒有防護的密閉空間內(nèi)操作。FDM 技術的打印耗材為1.75mm 直徑的合成自植物淀粉的塑料絲，擠出設備將塑料絲加熱至200℃時擠出并冷卻成型，加工過程中沒有毒害物質(zhì)釋放，較為適合在家庭環(huán)境中使用。

操作方面，市場的擴大使得更多地資源投入到了技術的開發(fā)之中，從之前的需要用到命令代碼代操作打印機到現(xiàn)在的一鍵操作，遠程操作并查看打印進度，使用便捷度有著很大的提升。三維建模一直以來都是3D 打印的一大隱藏門檻，但隨著三維 CAD 技術的學習成本降低及三維掃描的普及，桌面級3D 打印機的需求量在逐步增長。

市場方面，桌面級 FDM 3D 打印機的售價分布從200至2000美元，其中，Ultimaker、Makerbot、Prusa3D 等國際品牌的產(chǎn)品對市場有著較大影響。近些年國產(chǎn)品牌進步迅速，Anycubic、創(chuàng)想三維、閃鑄等品牌逐步占領國外市場，國產(chǎn)品牌主打200-500美元的入門級機型，憑借優(yōu)秀的產(chǎn)品質(zhì)量，在國內(nèi)外市場廣受好評。

二、開放式創(chuàng)新社區(qū)與開源3D打印機

開放式創(chuàng)新社區(qū) （OpenInnovationCommunity， OIC）是以混合文化（RemixCulture）為基礎的線上社區(qū)，混合文化是一種贊同并鼓勵將現(xiàn)有的創(chuàng)新方案當作素材，根據(jù)實際需要加以拆解，并重組成全新方案的一種創(chuàng)新思想。開放式創(chuàng)新社區(qū)作為一種新興的創(chuàng)新模式在近些年受到了廣泛關注，用戶在社區(qū)內(nèi)發(fā)表自己的創(chuàng)見，使得企業(yè)可以多方面了解用戶的需求，現(xiàn)已成為企業(yè)發(fā)掘創(chuàng)新思路的重要途徑。開放式創(chuàng)新社區(qū)的用戶們因為共同的愛好聚集到一起，用戶間的溝通與交流有益于對現(xiàn)有創(chuàng)新方案的完善。開放式創(chuàng)新社區(qū)的開放體現(xiàn)在兩個方面，一是對成員的開放，任何人都可以經(jīng)過簡單的注冊成為開放社區(qū)的一員，在社區(qū)中分享交流或者潛水（只瀏覽，不互動）;另一方面是對于創(chuàng)新的開放，在這里，成員可以任意使用、修改、組合他人的設計作品，相應的，每個成員上傳的作品都將被默認為遵循創(chuàng)作共享協(xié)議（Creative Commons ， CC）。這種開放的基因使得開放式創(chuàng)新社區(qū)充滿了創(chuàng)新的活力，也避免了為因為著作權等因素對創(chuàng)新的阻礙。Thingiverse是3D 打印領域最知名的開放式創(chuàng)新社區(qū)和模型分享網(wǎng)站。在這里，人們可以分享自己的設計圖紙，交流自己的研究成果。與此同時，人們也可以免費下載他人的設計作品，甚至可以對他人的作品進行修改再發(fā)布。Thingiverse的管理者是3D 打印機制造商Makerbot （MakerBotIn- dustries，LLC）。Makerbot是由布雷·佩蒂斯（BrePet- tis）等人在2009年創(chuàng)立的桌面級3D 打印機制造商，是著名的開源3D 打印機項目 RepRapProject 的一個分支。Re- pRapProject 是誕生于英國巴斯大學（UniversityofBath）的一個開源3D 打印機項目，該項目強調(diào)機器的自我復制，在創(chuàng)立之初就受到了開源世界的追捧，在其中獨立出的開源3D 打印機控制程序 Marlin 已經(jīng)成為了現(xiàn)階段主流的3D 打印機控制程序。現(xiàn)如今，桌面級3D 打印機已經(jīng)成為了國內(nèi)外創(chuàng)客必備的工具之一。作為工具，打印機可以幫助創(chuàng)客快捷方便地打印出實體模型來驗證設計的可行性。作為電子產(chǎn)品，同電腦主機一樣，其產(chǎn)品本身也有著很多方面吸引著用戶，對所擁有的打印機進行改裝成為了創(chuàng)客們的關注熱點。通過理清開放式創(chuàng)新社區(qū)對于3D 打印機的影響，總結基于開放式創(chuàng)新社區(qū)的創(chuàng)新規(guī)律，可以幫助企業(yè)了解到用戶更為深層次的需求，有利于企業(yè)把控產(chǎn)品的進化方向。

三、開放式創(chuàng)新社區(qū)的創(chuàng)新行為分析

開放式創(chuàng)新社區(qū)的創(chuàng)新模式不同于傳統(tǒng)，其獨特的社區(qū)模式及共享創(chuàng)作協(xié)議的存在使得社區(qū)內(nèi)的創(chuàng)新氛圍保持著很高的開放性。作為自發(fā)形成的網(wǎng)絡社區(qū)，其創(chuàng)新行為大多為自愿行為，并且其中不乏觀點新穎，實現(xiàn)深入的作品。那么探究開放式創(chuàng)新社區(qū)的內(nèi)在創(chuàng)新動力的意義顯得尤為重要，下文將以Thingiverse社區(qū)的創(chuàng)新行為為例詳細分析。

（一） 親社會行為角度

親社會行為又叫利社會行為，是指符合社會期望但對行為者本身無明顯好處、而行為者卻自覺自愿給行為的受體帶來利益的一類行為。將自己的精心設計的三維模型在社區(qū)內(nèi)分享，使他人受益，或可以激發(fā)他人的靈感都可以算作親社會行為。

有研究顯示，人們更傾向于在公開場合展現(xiàn)自己的親社會行為，在有助于他人的同時還可以加強自身形象在人們心中的印象，以獲得自我肯定。

在開放式創(chuàng)新論壇中存在主動貢獻群體和反應貢獻群體兩種親社會行為群體，主動貢獻群體是指發(fā)布原創(chuàng)信息供他人使用的群體;反應貢獻群體指的是在他人發(fā)布的創(chuàng)新信息下點評的群體。這兩類貢獻行為表現(xiàn)都是維持在線產(chǎn)品創(chuàng)新社區(qū)發(fā)展過程中不可或缺的，從親社會行為理論來理解，都屬于自愿利他、幫助他人的行為。

同行認可是親社會行為的一種，簡單來說就是對某用戶貢獻的簡單承認，或者關于這個貢獻更為詳細的響應。這是一種非常有效的虛擬激勵手段，對于用戶持續(xù)創(chuàng)新有著非常重要的正面激勵作用。同時，用戶也會自行尋找同行激勵。一位叫做 Scottyu-jan的 YouTube 視頻博主發(fā)布了一條名為《對 ender3打印機的24項升級改造》的視頻，該視頻在半年的時間里獲得了近150萬的點擊和近3000條評論。在他所展示的24項升級改造方案中，全部的改造模型都來源于Thingi- verse ，在其中的前面板 SD 卡插槽改造中，為了適應自己的需求，他將在Thingiverse上下載來的模型進行了Remix，他在視頻中重點表示了這是他在thingiverse上發(fā)布的第一個 Remix 作品。

（二） 免費創(chuàng)新角度

免費創(chuàng)新理論由美國麻省理工教授 VonHipple首次提出，他認為目前的創(chuàng)新理論中沒有涵蓋不需要補償性交易就開發(fā)和推廣創(chuàng)新成果的創(chuàng)新模式，但這種創(chuàng)新模式在改善社會福利上發(fā)揮著巨大的作用因而不能被忽略。Von 將免費創(chuàng)新定義為創(chuàng)新者以滿足個人的需求為最終目的，自負時間及物料成本并將創(chuàng)新結果免費共享的創(chuàng)新行為。有研究指出，免費創(chuàng)新具有主體先行性、領域廣泛性、獎賞獨特性、成果開放性四個特性。以上特性在Thingiverse社區(qū)的創(chuàng)新行為中均有體現(xiàn)。

創(chuàng)新者具有先行性。免費補償性交易為免費創(chuàng)新理論所關注的重點，開發(fā)商的創(chuàng)新普遍是帶有獲利預期的，因此對于是否進行一項創(chuàng)新的考量會涉及很多方面，要確定此項創(chuàng)新是否有利可圖。免費創(chuàng)新則不同，是否開始創(chuàng)新完全取決于創(chuàng)新者的個人意愿，優(yōu)先滿足自己的需求是免費創(chuàng)新準則，因此，大量的看似沒有市場前景的創(chuàng)新被實現(xiàn)。

創(chuàng)新獎賞的獨特性。在Thingiverse社區(qū)中所有的創(chuàng)新成果都是開放的，創(chuàng)新者無法直接通過創(chuàng)新成果獲利，持續(xù)的創(chuàng)新來源于創(chuàng)新者內(nèi)在的自我獎賞。這種獎賞首先來自于滿足自我需求時產(chǎn)生的強烈的滿足感。其次，在滿足自我需求，解決實際問題時所需要的能力常常超出自我的能力邊界，創(chuàng)新者往往會為了解決問題而學習新的技能，新技能的習得會帶來巨大的成就感。最后，共享的成果得到了他人的肯定時，會本能的感受到利他行為帶來的愉悅。

四、社區(qū)創(chuàng)新案例分析

Thingiverse作為3D 打印領域的開放式創(chuàng)新社區(qū)，社區(qū)成員發(fā)布了大量的有關3D 打印機升級改造的設計及方案，總體來看可將設計方案分為對現(xiàn)有零件替換改造、對現(xiàn)有功能模塊進行重新設計和為設備添加全新功能三大類。其中的優(yōu)秀設計在社區(qū)內(nèi)擁有很高的人氣并對其創(chuàng)新機型后來的發(fā)展產(chǎn)生了影響

（一） 基于創(chuàng)想三維機型的零件替換和改造

創(chuàng)想三維是國內(nèi)知名3D 打印機制造商，其生產(chǎn)的機型性價比較高，是入門和實用主義者的首選，代表機型為 Ender3和 Cr-10，其中 Ender3從2017年發(fā)布至今已經(jīng)銷售近100萬臺，是國內(nèi)外200美元檔桌面級3D 打印機最受歡迎的機型。

在Thingiverse社區(qū)的討論組中，Ender3小組的活躍度長期處于前三的位置，玩家活躍度非常高。

創(chuàng)想三維公司在2020年發(fā)布了 Ender3系列的全新機型 Ender3 v2，該機型延續(xù)了 Ender3系列一貫的質(zhì)優(yōu)價廉，并對多項設計進行了優(yōu)化，其中就有來源于Thingiverse社區(qū)的群體智慧。

“Ender 3/Ender 2/CrealityCR-10 Extruder Knob”是Thingiverse用戶ReplayMD針對創(chuàng)想三維系列機型擠出機設計的送料旋鈕，方便用戶在更換耗材的時候調(diào)節(jié)送料齒輪。這個設計受到了官方的認可，作為最新推出的機型上的標配零件隨機附送。見圖1。

（二） 基于Prusa i3機型的噴頭模塊重新設計

Prusai3是由捷克 Prusa3D 公司推出的開源3D 打印

機，該機型首創(chuàng)了 I3結構，并成為桌面級3D 打印機的經(jīng)典結構。Prusai3 mk3機型首創(chuàng)了5色混色打印功能，使得用戶能用售價低廉的 FDM 打印機一體打印出多色模型，成為了 FDM 3D 打印機的一個發(fā)展趨勢。

“ToranadoPrecisionGeared 1.75mmExtrud- er”是用戶 Toranado3D 為Prusai3設計的近程擠出裝置。該設計在Thingiverse社區(qū)中收獲了近8000次收藏，成為Prusa i3小組內(nèi)最受歡迎的改裝模塊。該擠出裝置設計結構緊湊，散熱風扇布局合理，并在小體積內(nèi)加入了電機減速裝置，能夠減小電機負載，降低發(fā)熱量，延長電機壽命。見圖2。

（三）為設備增添新的功能

“Ender 3 DoubleDrawer”是Thingiverse用戶Littlefiver發(fā)布的針對 Ender3設計的抽屜式零件盒。該設計將 Ender3前方的閑置空間巧妙地利用了起來，并且將框架型材上的安裝滑槽作為抽屜的限位滑軌，限制了抽屜的滑動范圍。該設計在發(fā)布后受到了Thingiverse用戶的喜愛，設計模型被收藏超過5000次，同時這個設計也得到了創(chuàng)想三維官方的認可，在 Ender3 v2機型上出廠集成了這個設計。見圖3。

五、開放式創(chuàng)新社區(qū)中的創(chuàng)新方法

開放式創(chuàng)新社區(qū)作為相關愛好者的網(wǎng)絡研討于展示平臺，會產(chǎn)生出大量的創(chuàng)新思維與解決方案，更重要的是這些設計方案背后隱藏的用戶需求。對社區(qū)內(nèi)的創(chuàng)新進行合理的分析解讀可以幫助設計者把握用戶需求，看清產(chǎn)品未來的發(fā)展方向。

從另一方面，設計者用適當?shù)氖址钌鐓^(qū)內(nèi)成員進行創(chuàng)新可以看作是一種更加深刻的用戶需求調(diào)研。

（一） 給創(chuàng)新以機會

從免費創(chuàng)新角度，用戶在社區(qū)內(nèi)發(fā)布自己的創(chuàng)意時動力主要來源于內(nèi)在的自我獎賞，這種獎賞包括但不限于更多的知名度和更多的同行認可。

現(xiàn)階段，社區(qū)內(nèi)成員的創(chuàng)意行為完全是自覺的、隨機的，對于廠商或社區(qū)管理者應主動去鼓勵用戶創(chuàng)新，當用戶的創(chuàng)新動力不足時，應當通過某一種方式來給與用戶行動的動力。例如在社區(qū)中存在著各種各樣的興趣小組，這其中就包括打印機的改造小組，這里聚集著對改造打印機感興趣的玩家們，當有人提出新的改造方案或想法時，玩家們會積極地進行討論，并提出自己的見解與想法，和發(fā)布者一起將最初的一個想法變成一個成熟的改造方案。這樣良好的交流氛圍會讓每一個參與其中的玩家的成就感得到滿足，進而提升對產(chǎn)品的喜愛。

打印機廠商應該積極地融入這些小組之中，定期舉辦一些活動并為在活動中表現(xiàn)優(yōu)異的參與者提供獎品，這樣既能在物質(zhì)方面對創(chuàng)新者提供獎勵，又可以強化創(chuàng)新者內(nèi)在的自我獎賞。

（二） 給創(chuàng)新以提醒

在瀏覽Thingiverse社區(qū)中成員對 Ender3打印機的改造案例中可以發(fā)現(xiàn)，在不同的改造方案中，玩家們不約而同地選擇了對 Z 軸電機進行加固。究其原因，是 Ender3打印機在出廠設計中，Z 軸電機就留有一定的空隙，這是考慮到產(chǎn)品的組裝便利度而做出的取舍，當用戶對產(chǎn)品的了解加深后，就會意識到這樣的設計并不是最好的設計，從而心生改造的念頭。另一個大家不約而同進行改造的部位是打印機前方的零件盒。 Ender3打印機的框架采用歐標鋁型材搭建，這種鋁型材是工業(yè)領域常用的非標準化流水線搭建材料，可以適用多種多樣的使用需求。在零件盒的改裝中，玩家們利用了打印機前方的閑置空間，并以鋁型材的安裝軌道為滑道制作了雙側(cè)抽屜結構，方便工具與零件的取用。這樣明顯的“瑕疵”和“空隙”激發(fā)了玩家們創(chuàng)作的靈感，促成了一個又一個的創(chuàng)新。

（三）給創(chuàng)新以認證

對于社區(qū)內(nèi)的創(chuàng)新者來說，創(chuàng)新作品受到關注和肯定時，會增強創(chuàng)新者自身的自我滿足感和自我認同感，這樣的自我獎賞會反過來激勵創(chuàng)新者去尋找下一個創(chuàng)新的方向。打印機廠商在升級現(xiàn)有機型時會參考Thingiverse社區(qū)內(nèi)的優(yōu)秀設計，并將其整合到新產(chǎn)品中。如果打印機廠商在發(fā)布機器時明確聲明用到了社區(qū)內(nèi)某一位用戶的設計并對該用戶進行表彰，這樣的行為會極大地滿足創(chuàng)新者的心理需求，并對其他創(chuàng)新者有著很強的激勵作用，促使更多的創(chuàng)新行為涌現(xiàn)。例如在蘋果公司發(fā)布第一代 Mac 電腦時，將主創(chuàng)團隊成員的簽名刻在機器箱體內(nèi)部，這樣一個微小的操作使得每一位主創(chuàng)成員在心理上獲得了和這臺電腦更多的關聯(lián)，對團隊成員的心里產(chǎn)生了正向的激勵。

六、結語

作為誕生于開源生態(tài)中的技術，開放式創(chuàng)新社區(qū)極大地影響了3D 打印機的發(fā)展方向。在現(xiàn)階段的主流機型身上都能找到在開放式創(chuàng)新社區(qū)中群體孕育出的設計。由于社區(qū)開放的特性，多種觀點得以碰撞，多種思想得以交流，誕生了很多影響3D 打印機技術發(fā)展的創(chuàng)新設計。由于3D 打印機及其用戶的獨特性，類似于Thingiverse的開放式創(chuàng)新社區(qū)在愛好者群體內(nèi)部有著非常強有力的話語權，在社區(qū)內(nèi)部獲得用戶的肯定對于該機型的銷售有著決定性的影響。同時，社區(qū)成員的二次開發(fā)也會為廠商提供創(chuàng)意，幫助廠商完善自己的產(chǎn)品。

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