三維打印的一個未來

丁海驁

作為一項被制造業(yè)最早研發(fā)和應(yīng)用的技術(shù)，三維打印技術(shù)最早出現(xiàn)在上個世紀的80年代。而真正讓三維打印煥發(fā)出新生機的一個標志性事件，是2013年時任美國總統(tǒng)奧巴馬的國情咨文——直到今天，三維打印已經(jīng)從最初僅僅被應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域視覺原型的制造手段，迅速拓展到包括建筑、航空航天、汽車等領(lǐng)域的功能原型和備用零件制造，甚至拓展到消費領(lǐng)域。由于三維打印技術(shù)涉及到包括工程、軟件、制造、材料、數(shù)控等各個不同學(xué)科門類，也因此成為近年來難得一見的、同時被包括投資者、IT企業(yè)和應(yīng)用共同關(guān)注的一項“面向未來”的新型加工技術(shù)。

三維打印技術(shù)越來越火爆，首先有一個最主要的原因，是包括工業(yè)、建筑業(yè)等各個領(lǐng)域，行業(yè)自身發(fā)展都已經(jīng)到了一個“節(jié)點”，需要實現(xiàn)某種程度的突破以實現(xiàn)行業(yè)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變。以離散制造業(yè)為例，隨著數(shù)控加工技術(shù)、CAD技術(shù)、軟件技術(shù)等被廣泛應(yīng)用，行業(yè)自身業(yè)務(wù)發(fā)展已經(jīng)邁過了“提升效率”的門檻——至少有明確的方法和步驟——因此如果構(gòu)建更有優(yōu)勢的競爭力和業(yè)務(wù)模式，成為這類企業(yè)自身發(fā)展的問題。而三維打印技術(shù)，很大程度上給了這類企業(yè)實現(xiàn)從設(shè)計到制造更有成本優(yōu)勢的方向，甚至可以從根本上改變現(xiàn)有業(yè)務(wù)形態(tài)、工藝方式，這對這類企業(yè)來講，非常具有吸引力，值得嘗試。而且對于業(yè)界來講，對三維打印技術(shù)未來價值的期待，也一定不僅僅是滿足個人用戶的“創(chuàng)造”興趣，而是真正能夠在企業(yè)級應(yīng)用當中發(fā)揮更大的價值。

另外一個不能忽視的原因，是技術(shù)的逐漸成熟：第一批三維打印技術(shù)的專利保護已經(jīng)解禁，更多人參與研發(fā)的三維打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了歷史上技術(shù)最成熟的階段。與三維打印技術(shù)自身發(fā)展相對應(yīng)的：包括材料技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)，以及CAD、PLM、ERP等工業(yè)企業(yè)相關(guān)軟件技術(shù)也到了一個相對成熟的階段，加上互聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G等技術(shù)的發(fā)展，實際上就使得從虛擬世界的設(shè)計到現(xiàn)實世界的生產(chǎn)，在理論上具有了實現(xiàn)的可能——從CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的三維模式數(shù)據(jù)，可以通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到世界上任何一臺三維打印機上進行生產(chǎn)，而且整個過程都可以通過PLM和ERP等進行管理。

然而從技術(shù)的發(fā)展模式到現(xiàn)實的應(yīng)用，目前三維打印依然面臨二個最大的現(xiàn)實阻礙：首先是實用性的問題。依然以制造業(yè)為例，目前制造業(yè)所有的設(shè)計標準、參數(shù)和方法都是面向傳統(tǒng)的材料和傳統(tǒng)的加工方式，而三維打印由于零部件成型機理與傳統(tǒng)加工方法完全不同，而且應(yīng)用完全不同的全新材料，因此暫且不論加工精度和成本的問題，利用傳統(tǒng)設(shè)計知識、采用新型方法制造的零部件是否能夠滿足最終使用的性能要求和安全要求？這還需要在學(xué)術(shù)和實踐層面的驗證。其次是材料問題。三維打印與傳統(tǒng)加工方法最大的不同，在于對材料的處理方式不同，因此雖然一方面刺激了材料行業(yè)的發(fā)展，另一方面也對新材料提出了更多的需求。在此基礎(chǔ)上，從整個經(jīng)濟構(gòu)成上看，隨著新材料提供企業(yè)成為一種新生力量，原有從材料領(lǐng)域（鋼廠）到工業(yè)領(lǐng)域（制造廠）再到用戶之間原有的產(chǎn)業(yè)鏈條、生態(tài)和商業(yè)模式，也在發(fā)生改變。

“三維打印技術(shù)能夠運用的非集中制造，能夠在全世界的制造廠打印出他們所需要的部件，而傳統(tǒng)的加工方式是集中式?！盝os Burger，Ultimaker首席執(zhí)行官，在強調(diào)三維打印對于現(xiàn)有制造方式和企業(yè)運營模式存在巨大的改造價值的同時，尤其強調(diào)目前在三維打印技術(shù)和傳統(tǒng)加工制造方式之間，存在一個發(fā)展過程中的彼此彌補，而在此過程中，三維打印技術(shù)正在努力在其中獲得更多的價值空間：“我們的策略是在產(chǎn)品的生產(chǎn)周期里，某一項或者是某一些項目投入更多專注。例如現(xiàn)在Ultimaker可以縮短制造原型，并且能夠制造出非重要的零件或者急需的機器零件……還不到能夠大量制造出最終使用的零件，這也不是我們所要去的一個領(lǐng)域，因為用傳統(tǒng)的制造方式做的更好，更便宜，更快?！?/p>

成立于2011年的Ultimaker是在本輪三維打印技術(shù)大潮中涌現(xiàn)出來的代表，其憑借桌面級三維打印硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，已經(jīng)在全球多地設(shè)立了辦事處，與眾多的工業(yè)企業(yè)、CAD廠商等都有密切的合作，號稱“每周有超過100萬件物品從Ultimaker Cura中誕生?！倍鳭os Burger則是一位擁有多個行業(yè)20多年從業(yè)經(jīng)歷的職業(yè)經(jīng)理人。

在Jos Burger為Ultimaker規(guī)劃的市場定位中：三維打印技術(shù)短期內(nèi)的目標是在現(xiàn)有工業(yè)產(chǎn)品生命周期當中的概念模型、視覺原型、生產(chǎn)工具（工夾具）、功能原型、小批量/特殊產(chǎn)品和備用零件生產(chǎn)等關(guān)鍵節(jié)點進行滲透，發(fā)揮自身優(yōu)勢，彌補原有工業(yè)領(lǐng)域效率、業(yè)務(wù)模式等方面的不足。

“傳統(tǒng)制造其實不是我們的競爭者，反而是互相扶持：他們能夠做到的，我們做不到；我們能夠做到的，他們做不到。他們用傳統(tǒng)的方法制造出簡單、便宜，而且在非常短的時間內(nèi)制造很多的部件。但是如果想要制造出復(fù)雜、定制的部件，三維打印技術(shù)還是占優(yōu)勢的。例如在醫(yī)療方面。”陳世蔚，Ultimaker現(xiàn)任亞太區(qū)副總裁進一步解釋說。

這實際上不僅改變了原有普遍存在的將“三維打印技術(shù)”和“傳統(tǒng)加工方法”對立起來的看法，而且也的確符合三維打印技術(shù)從技術(shù)到應(yīng)用的科學(xué)發(fā)展邏輯，很大程度上解決了三維打印的實用性問題。

與此同時，作為FFF熔絲制造成型技術(shù)的代表，Ultimaker的材料主要集中在非金屬的PLA和ABS樹脂方面?！皬?fù)合材料，塑料和金屬等三維打印材料，其實Ultimaker沒有把哪一個看得比另一個重要，它們都是在一個平等的位置上。”即便如此，Jos Burger還是認為，現(xiàn)在的復(fù)合材料的屬性都已經(jīng)非常接近金屬的屬性，“它的韌性或者是它的剛度，都和金屬接近。而且復(fù)合材料的一個好處是：他們比起金屬更輕，因此對航天航空工業(yè)和汽車工業(yè)來講，更有吸引力?！?p>

因此在2018年5月，Ultimaker與全球材料公司合作成立了“Ultimaker材料聯(lián)盟項目”：通過與這些全球頂級材料公司的合作，共同開發(fā)用于Ultimaker三維打印機上的高級工程塑料和復(fù)合材料，以滿足與來自企業(yè)用戶的工業(yè)級工程材料需求。而從產(chǎn)業(yè)的角度看：三維打印技術(shù)產(chǎn)品提供商與材料提供者之間形成技術(shù)聯(lián)盟，在很大程度上是降低了企業(yè)對三維打印技術(shù)、硬件和材料等方面的選擇難度，縮短了從材料到產(chǎn)品之間的鏈條，提高了企業(yè)應(yīng)用三維打印技術(shù)的信心。

“FFF 桌面3D打印依然是所有3D打印技術(shù)中最實用和最容易使用的。我們希望通過在Ultimaker Marketplace中提供獨特和先進的材料，為更多工程師提供無限的新應(yīng)用?！比涨鞍≒olymaker、Essentium和易生在日前的TCT 亞洲展上宣布加入該項目，Polymaker總裁羅小帆如是說。

寫在最后

實際上，作為一個關(guān)注工業(yè)領(lǐng)域近20年的從業(yè)者，筆者對于三維打印技術(shù)之前一輪的“爆紅”始終保持一種審慎的樂觀?，F(xiàn)在，各個領(lǐng)域顯然都已經(jīng)開始用一種更加有利于技術(shù)發(fā)展的態(tài)度來看待三維打印技術(shù)：像Ultimaker一樣，正確定位三維打印技術(shù)的現(xiàn)實價值和應(yīng)用突破口，并且從產(chǎn)業(yè)鏈上做更多的整合，以實現(xiàn)對行業(yè)更有效的滲透。我們可以憧憬一個從虛擬到現(xiàn)實的產(chǎn)品誕生過程，但這這一過程仍然需要大量的實踐——我們終將能夠用三維打印制造一個全新的世界，但是那將發(fā)生在未來。