听内行人讲解3D打印神话

从风投公司在工业3D打印领域投资三千万美元到有消息称史泰博公司将会成为全美首家消费型3D打印机零售商之后,毫无疑问,3D打印技术有了峰回路转的改变。

但也许这只是炒作。

这项技术已经有几十年的历史了,但是现在包括我的公司在内都在努力把它从行业边缘拉回主流市场。所以,我找到了一个内行来谈谈对3D打印技术的看法,看它到底是炒作呢还是真有发展空间,以及到底该如何发展。

听内行人讲解3D打印神话

3D打印不会取代别的制造技术

3D打印的特点是即使是很复杂的东西都可以神奇般的制造出来,所以它是一种实实在在重要的制造技术。而其他的制造技术即使经过了数十年的努力也不过还是在集合复杂度上略有进展——而3D打印技术却可以轻而易举的解决这个问题。

以前没有一项技术能轻而易举的让我们将自己的想法做成实物而又不需要很高的技术含量。正如当时预测的一样,微波并没有取代传统的烹饪方式,而3D打印也不会取代其他的制造技术,更不用说其他各种各样有关于工业规模的原因了。它只不过会不断完善制造技术。

其原因就在于3D打印技术现在还不完善。我们给它制造了一种神秘的气息—可换风格的复制因子——但是人们在用了一段时间的3D打印之后就会立即希望它有更强大的功能,比如说打印时间缩短,打印质量提高,打印材料更好更便宜等等。

摩尔定律不适用于3D打印

尽管有无限复制的炒作愿景——缺失成分,鞋子,身体部位,甚至是枪——主要的情况是这样的,然而3D打印并不受复杂性的影响,而是受体积的影响。

每样东西从花费和时间到材料的需求数量都是呈指数增长的:甚至有些能达到三次方增长.

所以说如果我们需要两倍大的东西,那么就得花8倍的钱,花8倍的时间来打印.如果我们需要三倍大的东西,那么就得花27倍的钱,花27倍的时间来打印.以此类推.

3D打印系统正在改变

上面介绍的“3D打印的三次增长规律”的限制以及无拘束的复杂性所介绍的规模自由度讨论了与3D打印有关的问题。

然而打印速度和成本这两个看似不能改变的事实却正在发生变化。由于越来越多的个人和公司都在努力解决技术的局限性和扩大使用问题,所以3D打印的打印速度和质量都有所提高。

从像RepRap一样的开源打印机到现在的3D系统多维数据集打印机(该款由史泰博公司推出),现在最常见的3D打印是在机器上使用的比面包箱还要小的部件。后来又有了 MakerBot类的低成本打印机和斯特塔西有限公司生产的更昂贵的工业版本。【对有关市场大小、份额、增长的更具体的数据,请见沃勒斯协会最近发表的公告,该协会已经连续发表了18年。】

然而,该系统不只是有关打印机的。3D打印是加速软件控制制造业的趋势之一,而这不只是3D打印,还有包括激光切割机,车床,路由器和工业机器人在内的一系列产业,它们的特点都是逐渐强大……用户可轻易获得。软件正在使这一领域变得大众化就像个人电脑使PC变得大众化一样.

3D打印需要有更好的商业模式

正巧现今材料的塑料配方持续发展,所以3D打印材料和输出规模的范围大大提升.大型的工业打印机构除了打印塑料产品之外还可以打印金属,橡胶和陶瓷.

然而,许多评论家都将目光放到了打印材料的局限性上而忽视了更重要的东西:造价.

3D打印机的寿命通常是由它的打印材料的长度决定的,超过一定长度就会报废,这类似于喷墨打印机的墨盒.3D打印机所用的材料和普通的产品没有什么不同,但造价却可能相差100倍.所以我认为对新的商业模式来说这方面已经成熟了,最好将市场中3D打印的技术和可行性都进行扩展.

如下是重要的研究方向

在3D印刷领域周围充斥着各种最新的消息,很难说哪些是老生常谈,哪些是真正有趣值得关注的.因为在印刷领域随时都会发展,有可能是更换的零件或者设计新颖的产品,有可能是身体器官,有可能是一栋房子,还有可能打印场所要从地球上搬到太空中去呢。

我认为有以下两个领域值得关注——电子打印以及生物打印。前者使物体具有逻辑性和功能性,而后者有可能是3D打印界最振奋人性的领域。例如,维克森林大学的艾塔拉博士作为先驱已经成功打印出了植入人体尿道的印刷品.圣地亚哥的 Organovo公司打印出了用于医学研究和治疗用途的功能性人体组织. Craig Venter 和Cambrian Genomics公司甚至打印出了DNA——你绝对没听错,就是DNA!一次能打印一个碱基对。

3D打印里另一个重要的发展领域就是建筑规模方面的打印。包括来自加州大学伯克利分校的 Ron Rael 研究出的新型低成本有机材料以及南加利福尼亚大学的 Boris Behrokh Khoshnevis实验的3D打印全尺寸建筑。

欧洲航天局和福斯特事务所合作设计了月球3D打印机,他们的理念是利用月球上的材料来进行打印。这一设计十分重要,因为它有助于解决3D打印材料的缺陷。但是同时也有人使用废旧材料——想象一下3D打印的应用可以对材料实现再循环和重复利用吧。

下一步是做到从原型设计达到批量生产

3D打印和其他技术的出现改写了传统工业大规模生产的现状。从此我们再也不需要通过大批量的生产来降低成本提高质量了,我们可以通过少量的生产就能以低廉的价格获得高质量的产品了。

3D打印即将带来一种转变,那就是其不仅用于制造原型设计,还可以用于小型的批量生产。然而,我并不希望3D打印能替代低廉的制作工艺。

回想一下Kinko模式,它并没有替代桌面打印机和大规模的印刷厂——但是仍占据一席之地。在3D打印领域,Shapeways等公司也提供诸如Kinko模式似的涉及打印服务。同时也有像 Thingiverse,Instructables一样的设计库。

3D打印这种对成本非常敏感的商业模式极易受到破坏,这也是单一功能所带来的弊端。所以,对于这一领域来说,并非是先下手为强后下手遭殃的情况,而在于谁拥有的客户最多,谁的社区最活跃——这是这一行业区别于其他行业的不同之处。

与其说生产大众化,我倒是希望3D打印的生产轨迹能做出像义肢一样的小批量,高质量的产品或者像珠宝一样的定制项目。大多数的3D打印都是个性化的,和现在的喷墨式打印机类似。正如当初业余歌手们“自唱、自录、自调”称为数字音乐的领军力量一样,3D打印也将领军一场“拍照、修改、打印”的浪潮。

3D打印对美国的制造业无能为力

那么3D打印能否让美国以及其他的发达国家重获新生呢?

也许能,也许不能。也许3D打印可以拯救国内的制造业,但却对失业无能为力。未来的产品公司有可能集设计、工程和制造于一体——高速仿形和制造精密产品是他们成功的关键所在。这意味着未来的工作需要的是高技术人才。

而计算机在3D打印领域的位置也显得极其尴尬。在Kickstarter上有一块名叫3D打印笔的发明,他不需要计算机的支持就可以画出东西来。你只需拿着它在天空飞舞就能画出东西来,而它的原理就是在笔尖注入融化的塑料。但这就犹如用沙子在空中建造空中楼阁。所以,尽管目前的发展只用到硬件,但是说用不到用不到中央处理器和软件也是不现实的。

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