文體用品產(chǎn)業(yè)3D技術(shù)動向與發(fā)展趨勢（下）

文/恩里克·杰姆斯（美） 譯/王莊林

文體用品產(chǎn)業(yè)3D技術(shù)動向與發(fā)展趨勢（下）

文/恩里克·杰姆斯（美） 譯/王莊林

（接上期）

二、3D文體用品新技術(shù)

3D打印技術(shù)（Three-Dimensional Printing Technology）即快速成型技術(shù)的一種。它是以計算機三維設(shè)計模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、生物質(zhì)料與再生細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品，被譽為第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具。

3D打印無疑是一種頗具創(chuàng)造性的新技術(shù)，尤其是對于設(shè)計領(lǐng)域具有重大意義，能夠幫助設(shè)計師們更簡單方便地制造設(shè)計文體用品原型。除了Stratasys公司于1980年中后期發(fā)明最早的3D-FDM打印技術(shù)外，目前世界各國在3D打印文娛、辦公、體育與健身健美用品等方面開發(fā)并利用的新技術(shù)主要有：

SLS技術(shù)：主要采用金屬和聚合物為打印材料，具體包括尼龍、添加玻璃纖維的尼龍、剛性玻璃纖維、聚醚銅、聚苯乙烯、尼龍及鋁粉等混合材料、尼龍及碳纖維的混合材料、人造橡膠等，3DSystems公司的3D-sPro系列打印生產(chǎn)的運動鞋墊、跑鞋、頭盔與球桿等就是采取SLS技術(shù)。

DMLS技術(shù)：這種直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)應(yīng)用較多，已經(jīng)實現(xiàn)可打印幾乎任何金屬合金的文體用品，具有代表性的設(shè)備是德國EOS公司的直接金屬激光燒結(jié)3D-EOS系列打印機型。

EBM技術(shù)：這是一種金屬部件的積層制造技術(shù)，可打印鈦合金等材料。它是通過高真空環(huán)境下的電子束將融化的金屬粉末層層疊加，與直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)低于熔點的生產(chǎn)環(huán)境有所不同，EBM技術(shù)生產(chǎn)出的文體用品及其物件密度高、無空隙且非常堅固。

PP技術(shù)：使用該技術(shù)的3D打印機每次噴一層石膏或者樹脂粉末，并通過橫截面進(jìn)行粘合。打印機不斷重復(fù)該過程，直到打印完每一層。此技術(shù)允許打印文體用品的全色彩原型和彈性部件，將蠟狀物、熱固性樹脂和塑料加入粉末一起打印，還可以增加強度。

SLA技術(shù)：這是用于生產(chǎn)文體用品固件部件的光固化成型技術(shù)。該技術(shù)由于具有成型過程自動化程度高、制作原型表面質(zhì)量好、尺寸精度高以及能夠?qū)崿F(xiàn)比較精細(xì)的成型尺寸等特點，因而成為廣泛應(yīng)用的快速成型工藝方法。

DLP技術(shù)：這種激光成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似，也是采用光敏樹脂作為打印材料，不同的是SLA的光線是聚成一點在面上移動，而DLP在打印平臺的頂部放置一臺高分辨率的數(shù)字光處理器投影儀，將光打在一個面上來固化液態(tài)光聚合物，逐層的進(jìn)行光固化，因此打印速度比同類型的SLA立體平版印刷技術(shù)速度更快。3DP技術(shù)：3DP是一種基于微噴射原理的三維噴繪打印技術(shù)，按一定路徑逐層打印堆積成形，它和平面打印非常相似。3DP打印機主要部件為儲粉缸和成形室工作臺。打印時首先在成形室工作臺上均勻地鋪上一層粉末材料，接著打印頭按照零件截面形狀，將粘結(jié)材料有選擇性地打印到已鋪好的粉末層上，使零件截面有實體區(qū)域內(nèi)的粉末材料粘接在一起，形成截面輪廓，一層打印完后工作臺下移一定高度，然后重復(fù)上述過程。如此循環(huán)逐層打印直至工件完成，再經(jīng)后處理，得到成形制件。

3D-CAD技術(shù)：不久前，Nervous System設(shè)計工作室研發(fā)出一款全新的3D打印軟件，稱之為“Kinematics”，能夠通過先進(jìn)的打印形式來解決材質(zhì)所帶來的局限性。它是一款3D-CAD制圖軟件，設(shè)計師可通過運動學(xué)模型分析技術(shù)，自如控制每個三角形的尺寸、位置和數(shù)量，也能夠改變其細(xì)微形態(tài)，最終制作出可折疊、柔軟的運動服裝，解決塑料材質(zhì)無法折疊、彎曲的情況。

3D-Nylon12技術(shù)：這是Shapeways公司研制的新型3D-Nylon12打印機，該機利用聚酯、酰胺類原材料，就能打印出結(jié)實時尚的比基尼泳衣，也可以打印出網(wǎng)格狀充滿時尚感的運動休閑服與體操服。

3D-Biosynthesis技術(shù)：最近倫敦設(shè)計師沙姆斯·亞丁和研究人員基于可再生合成原細(xì)胞微粒優(yōu)勢的原理，利用3D 打印技術(shù)開發(fā)了一款能在一夜之間自我修復(fù)的生物跑鞋“阿米巴”，這種跑鞋能夠?qū)毫?、運動、光或熱產(chǎn)生反應(yīng)，猶如穿著者的皮膚一樣貼身、舒適，且具有自動修復(fù)損傷功能。未來人們將對生物服裝的社會化3D制造和個性化生產(chǎn)具有廣泛需求，可以說3D-Biosynthesis技術(shù)的市場前景相當(dāng)樂觀，潛力非?？捎^。

三、3D文體用品市場發(fā)展動向

作為一種全新的制造方式，3D打印文體用品的確正在給傳統(tǒng)的文體用品制造業(yè)帶來深遠(yuǎn)的影響。相對于傳統(tǒng)文體用品的機械加工，3D打印具有以下突出特點：一是原材料利用率提高，生產(chǎn)廢料減少；二是產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計自由度大幅提高，并且形狀復(fù)雜度的提高幾乎不會帶來額外制造成本；三是制造流程簡化，制造的數(shù)字化程度和設(shè)備的通用性水平進(jìn)一步上升。

基于這些技術(shù)的特點和延伸性優(yōu)勢，僅從產(chǎn)品供給方分析，文體用品制造業(yè)近年來致力于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，普遍應(yīng)用3D人體測量技術(shù)、大規(guī)模定制技術(shù)、敏捷制造技術(shù)、一次成型技術(shù)等高新技術(shù)，形成了相當(dāng)?shù)膽?yīng)用基礎(chǔ)。另一方面，3D打印機制造業(yè)在許多國家越來越得到重視，歐美有些國家服裝業(yè)建立了3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，也形成了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

根據(jù)咨詢公司W(wǎng)ohlers Associates 的統(tǒng)計，2014年全球3D 打印產(chǎn)品（設(shè)備+服務(wù)）的銷售總額已經(jīng)達(dá)到45.4億美元，近十年時間里以年均27%的速度高速增長。該機構(gòu)預(yù)計未來5～10年全球快速成型市場將繼續(xù)以年均20%的速度膨脹，預(yù)計至2024年，3D打印市場規(guī)模可達(dá)150～200億美元的總量。

根據(jù)2014版的Wohlers顯示，2014年在全球3D打印市場45.4億美元的規(guī)模中，相比2013年增長了40.5%。其大體分布概況是歐洲約13億美元，美國約16億美元，東亞地區(qū)所占份額約10億美元。另一方面，面向產(chǎn)業(yè)的3D打印機設(shè)置臺數(shù)按國家進(jìn)行統(tǒng)計的話，美國占37.8%，位居第一，其次是日本占9.5%，第三位德國占10.4%。

近年來，3D打印市場高速發(fā)展，民用3D打印市場也已開啟。根據(jù)市場研究機構(gòu)Frost&Sullivan發(fā)布的《2014年全球3D打印市場研究報告》顯示，從2011年到2014年，全球個人3D打印設(shè)備銷售量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，銷售量從14987臺猛增至43227臺，增幅接近335%，大幅超過商用3D打印設(shè)備增速。Frost&Sullivan指出，各國民用級的3D打印市場可以分為兩個部分，一是為全國眾多傳統(tǒng)數(shù)碼圖文店的轉(zhuǎn)型升級提供契機，使其為消費者提供專業(yè)、個性化的3D打印服務(wù)。二是面向電腦城、大賣場等傳統(tǒng)渠道，消費者可以自行購買3D打印設(shè)備使用，同時大量SOHO族也可以借此進(jìn)行個體創(chuàng)業(yè)。

世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長羅軍表示：現(xiàn)在中國還是3D打印技術(shù)的起步階段、產(chǎn)業(yè)化的初級階段。未來3－5年將是中國3D打印技術(shù)最為關(guān)鍵的發(fā)展機遇期，如果推進(jìn)順利，2015年同比翻一番沒有大問題，2015年全國3D打印產(chǎn)業(yè)整體的銷售規(guī)模有望達(dá)到80至100億，到2016年產(chǎn)值將達(dá)百億元人民幣。

另據(jù)Frost&Sullivan發(fā)布的調(diào)研信息，全世界3D打印市場到2030年的市場將達(dá)到700～1500億美元；而不斷的技術(shù)進(jìn)步會讓價格不斷的下降，到2020年，一般3D打印機的價格將會比家用電腦更便宜，那樣對于它在文體與情趣用品行業(yè)的發(fā)展將有巨大的潛力。

四、3D文體用品前景展望

展望未來，3D打印是以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，以個性化、短流程為特征，實現(xiàn)直接制造、桌邊制造和批量定制的新的制造方式。其未來巨大潛力的生長點表現(xiàn)在：與生物工程的結(jié)合，與藝術(shù)創(chuàng)造的結(jié)合，與消費者直接結(jié)合。從市場角度分析，由于人民生活水平的提高，娛樂與休閑、運動與健身健美等消費水平將不斷提升；另從社會時尚觀念分析，人們的時尚觀念將會不斷增強，社會對文體用品的社會化制造和個性化生產(chǎn)具有越來越廣泛的需求，可以說市場前景樂觀，潛力可觀。再從產(chǎn)品供給方分析，文體用品制造業(yè)將會不斷致力于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，高新技術(shù)普遍應(yīng)用，形成了相當(dāng)?shù)膽?yīng)用基礎(chǔ)。

所以，3D打印技術(shù)將會對文體用品產(chǎn)業(yè)、消費者、市場形態(tài)和全球經(jīng)濟產(chǎn)生以下重大影響：

影響1——文體用品的本土化。正如微型博客Twitter創(chuàng)始人比茲·斯通預(yù)言：“耐克可能在十年內(nèi)成為一個純粹的軟件公司。”如果發(fā)生這樣的情況，就是因為3D打印技術(shù)——未來你所知道的一切都將向你靠近。比如說，有一天你在家發(fā)現(xiàn)健身機上的一個零部件壞了。你只需要在網(wǎng)上查一下，在家或者你附近的3D打印商店打印出來，然后替換這部分。又如你女兒長大后跑鞋穿不下，利用3D打印可對舊材料進(jìn)行回收并打印出一雙大一號的新的跑鞋。于是在世界各地，數(shù)字3D打印工廠將成為全球生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中的一個連接。被稱為直接數(shù)字制造的本土化零部件和成品更適合使用，將會比現(xiàn)在的全球采購更有效。

影響2——定制產(chǎn)品材料。定制文體用品材料將會成為可能，甚至打印文體用品將發(fā)生質(zhì)量革命。比如有遠(yuǎn)見的企業(yè)家丹尼爾博士斯托里亞洛夫喜歡嘗試?yán)檬┻M(jìn)行3D打印健身球，那是一種非常靈活的，透明的，但是強度是鋼的100倍的物質(zhì)。在未來，運動醫(yī)師將會使用3D打印為殘疾運動員創(chuàng)建競賽關(guān)節(jié)置換手術(shù)；甚至選用的材料就會設(shè)計成本身包含超強運動時具有止痛藥和抗生素的特效。

影響3——減少文體用品制造業(yè)對環(huán)境的破壞。傳統(tǒng)的制造往往是浪費和骯臟的。在許多方面，3D打印將會減輕浪費和碳排放。比如3D打印只使用構(gòu)成產(chǎn)品的材料，極大地提高了原材料的利用率，大大減少材料浪費。在傳統(tǒng)經(jīng)濟中，很多產(chǎn)品往往要經(jīng)過長途跋涉才能到達(dá)消費者手中。隨著3D打印的普及，生產(chǎn)和裝配可以在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行。只有原材料才是唯一需要運輸?shù)臇|西，而且它們占用更少的運輸空間。另外，3D打印技術(shù)能夠幫助公司實現(xiàn)按需生產(chǎn)，所以可以大幅度減少產(chǎn)品庫存以及過時產(chǎn)品造成的浪費。還有3D打印的產(chǎn)品部件損壞后使用者可以再打印一個新的，所以整個產(chǎn)品沒有被扔掉，也減輕了產(chǎn)品生產(chǎn)商技術(shù)服務(wù)的壓力。

影響4——革命性大規(guī)模生產(chǎn)。大規(guī)模生產(chǎn)文體用品是3D打印面臨的最大挑戰(zhàn)，但隨著采用大型3D打印機的使用和技術(shù)的迅速發(fā)展，以更快的速度制造零件的打印機將徹底打亂傳統(tǒng)文體用品制造業(yè)。比如體育用品：運動部門使用的機械設(shè)備與體育用品往往是高度定制化，而且容易更換的。現(xiàn)在已經(jīng)能夠3D打印高爾夫球桿、跑鞋、戶外運動裝備等，所以3D技術(shù)進(jìn)入這個行業(yè)只是時間問題。又如電子文體用品，小尺寸、形狀規(guī)則和材料簡單使得這個行業(yè)天然的適合3D打印制造。再就是玩具，家用3D打印機和開源設(shè)計將改變孩子們創(chuàng)造和游戲的方式。

影響5——應(yīng)用納米理念。哈佛大學(xué)的珍妮佛·劉易斯和她的團隊利用3D技術(shù)打印創(chuàng)造的鋰離子電池。它像一個普通的電池，但這種電池和一粒沙子一樣大！像這樣的電池可用于小型體育設(shè)備，小型文具設(shè)備，甚至小型機器人。3D納米打印可以快速打印出原型的微型和納米結(jié)構(gòu)。應(yīng)用3D打印概念，納米技術(shù)將使文體用品加工速度更快和更有效，因此在經(jīng)濟上比大多數(shù)未來主義者的想像可行。

影響6——目標(biāo)導(dǎo)向設(shè)計。3D技術(shù)允許打印文體用品應(yīng)用無限復(fù)雜的幾何材料，因此可能成為人類有利的限制因素。目前，計算機輔助設(shè)計（CAD）工具用于手動創(chuàng)建文檔和分析設(shè)計。開始你要有明確的目標(biāo)因素，如力度、重量、耐久性和計算機生成上百的設(shè)計的可能，根據(jù)目標(biāo)導(dǎo)向為不同的目標(biāo)推薦最好的設(shè)計。結(jié)合3D可以打印的無限形狀和材料以及強大的計算機設(shè)計，沒有人可以想象，在將來最好的文體用品設(shè)計師不是想出最好的設(shè)計的人，而是懂計算機的人。

影響7——改變生活方式。人類喜歡讓自己的生活變得更加便利。如今個人用與家用3D打印機正變得更小，更便宜。人們可以用它打印定制健身健美用品、體育運動用品、玩具、辦公與學(xué)習(xí)文具等。當(dāng)這些文體用品出現(xiàn)問題時，他們也可以打印出零部件更換，而不是下訂單等它們運過來。

影響8——創(chuàng)建新的藝術(shù)媒介?！皠?chuàng)客（Maker）”運動正在變得越來越小眾，現(xiàn)在我們可以把它叫做手工運動。3D打印機正在被用來創(chuàng)造創(chuàng)建一種新的現(xiàn)代文體用品藝術(shù)形式，比如藝術(shù)家奧斯科維奇在2014索契冬奧會開幕的“俄羅斯之夢”向觀眾展示的3D頭飾。

影響9——3D教育創(chuàng)新。最近MakerBot在眾籌網(wǎng)站上公布了“MakerBot學(xué)院”計劃，希望能募集足夠數(shù)量的最先進(jìn)3D打印機送給美國的每所學(xué)校。MakerBot公司首席執(zhí)行官 Bre Pettis在公告中說：“各項3D打印技術(shù)可以整體改變年輕人看待美國的教育創(chuàng)新和制造新模式?！痹摴咀罱€宣布了一項計劃，把高校變成MakerBot創(chuàng)新中心。首個MakerBot創(chuàng)新中心位于啟動紐約州立大學(xué)，該中心配備30臺3D打印機以及一些3D掃描儀，以幫助教師與學(xué)生們參與打印所需要的體育教學(xué)用品、辦公用品、娛樂與學(xué)習(xí)用品等，并幫助學(xué)校對工程師、建筑師與藝術(shù)家的教學(xué)與培訓(xùn)。

影響10——第四維4D打印?，F(xiàn)在你可以看到3D打印帶給我們的改變，但是你準(zhǔn)備好4D打印了嗎？有了這個技術(shù)，在未來環(huán)境發(fā)生變化的個時候，你可以打印一個4D文體用品，它可以自動的裝配或改變形狀，比如溫度或者濕度。這是第四維，這項技術(shù)是有麻省理工的SkylarTibbits首創(chuàng)的，并且已經(jīng)為文體用品行業(yè)和消費者帶來廣泛的影響。如果你要開始跑步，鞋子會變成運動鞋；或者當(dāng)你走在草地上散步健身時，又會成為夾板鞋；或者當(dāng)下雨的時候你仍在運動中，腳上的運動鞋更會變成防水的雨鞋。雖然這項技術(shù)是全新的，但是它以后會成為3D打印的一個全新的維度。（譯自美國雜志《事實與生活》2015年8月刊，本文作者為：美國體育用品制造商協(xié)會首席顧問、哥倫比亞大學(xué)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學(xué)教授。全文完）

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