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3D打印不是一项新技术, 但是, 在几个领域中的最新进展已使爱好者和企业更容易使用它。与其他科技行业相比, 它仍然是一个很小的行业, 但大多数分析家都认为它具有很大的潜力。但是, 自由设计师和软件工程师的潜力何在？
托普塔勒(srcminier)的一个同事在几周前问我, 因为我以前曾为几本出版物介绍3D打印。我没有明确的答案。我不能只列出商机, 因为这是一个利基行业, 具有有限的上升空间和大众市场吸引力。而且, 3D打印仍不是一项成熟的技术, 这意味着对于愿意尝试的设计人员和开发人员而言, 标准化和在线资源的途径不多。
但是, 这并不意味着没有商机。他们在那里, 但数量有限。在本文中, 我将尝试解释是什么使3D打印行业与众不同, 以及自由职业者可以期待的前进方向。
爱好者和企业的3D打印
首先, 我认为我们需要区分3D打印或增材制造行业中两个截然不同的领域。
一方面, 你有无数的硬件爱好者, 软件开发人员和设计师从事开源项目。 RepRap项目体现了这种精益和开放的方法, 比行业中任何其他类似计划都更好。 RepRap代表Replicating Rapid Prototyper, 它基本上是一项基于熔丝制造(FFF)技术开发廉价打印机的计划。从本质上讲, 这就是熔融沉积建模(FDM)技术, 但是RepRap不能使用该名称, 因为它是由Stratasys商业化的。当该公司的FDM专利到期时, FDM被开源社区所接受, 尽管使用了不同的名称。
3D打印不是一项新技术, 但是, 在几个领域中的最新进展已使爱好者和企业更容易使用它。
鸣叫
RepRap今年已经十岁了, 第一台打印机在发布几年后就出现了。到2010年, RepRap项目已进入其第三代设计, 并且RepRap社区在接下来的几年中取得了很大的增长。
RepRap计划的一项值得注意的功能是自我复制。该项目的最终目标是创建3D打印机, 该打印机最终将进行自我复制。我们还没有, 但是某些RepRap设计允许用户打印打印机的四分之三。你仍然无法打印挤出机和电动伺服器, 但这是一个开始。
但是, RepRap从未被认为是商业上的成功。它是作为技术至上的倡议而创建的, 因此它从来都不以消费者为中心。一切都是关于开创各种技术并将其以低成本带入爱好者市场的。 RepRap从来都不是摇钱树。
那么大生意呢？许多行业先驱已经成为3D打印的重量级人物。其中包括Stratasys, 3D Systems, Ultimaker和Printbot。 RepRap打印机仍然占据着很大的市场份额, 并且没有被专有平台所挤出。实际上, 大多数供应商别无选择, 只能采用某些RepRap标准以保证兼容性。
但是, 仅列出3D打印公司及其各自的市场份额并不能说明全部情况。例如, RepRap仅限于FFF技术, 这是当今最广泛的3D打印技术。问题是FFF打印机有很多限制, 这意味着它们不能在许多行业中使用。
针对不同应用的不同技术
为了更好地了解现有技术, 我们需要看一下当前可用的3D打印技术。如果你不是硬件怪胎, 这似乎并不有趣, 但是了解各种打印技术之间的区别很重要(我将尽力使这一部分尽可能简短)。
尽管爱好者FFF打印机相对便宜, 但某些类型的专业3D打印机的价格可能与你的房屋一样高。
鸣叫
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FFF / FDM通常依赖于在沉积到打印床上之前由打印机挤出机加热的热塑性”长丝”。大多数FFF打印机依靠ABS和PLA塑料灯丝, 但最新型号也使用聚碳酸酯(PC), 高密度聚乙烯(HDPE), 高抗冲聚苯乙烯(HIPS)灯丝。有些人甚至使用金属丝代替塑料, 而另一些人则使用木屑制造准木制品。有些甚至可以打印食物, 巧克力, 面食等。
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颗粒打印机是不同的野兽, 因为它们的材料不是长丝, 通常是粉末金属。这些打印机倾向于基于激光技术(尽管它们与你的办公室激光打印机没有太多共同点)。他们使用强大的激光来选择性地熔化颗粒状材料。这样做的方法有几种：选择性激光烧结(SLS)打印机通过”烧结”过程熔化小的金属颗粒, 而选择性激光熔化(SLM)打印机则熔化粉末。电子束熔化(EBM)打印机在真空环境中用电子束击中金属粉末
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立体光刻(SLA)打印机利用光将液体原料转化为固体。这些打印机在准确性和单次生产复杂物体的能力方面具有许多优势, 因为在大多数情况下, SLA打印不需要支柱或支撑。缺点是材料的选择非常有限。它们通常是奇特的液态聚合物, 不能用于印刷金属或巧克力。
还有更多的3D打印技术, 但是对于本博客文章而言, 我认为没有必要涵盖所有这些。
挑战
那么为什么我们不都在家里和办公室里玩3D打印机呢？为什么我们不能像打印发票, 工作表和电子邮件那样打印对象？ 3D打印不会很快成为主流, 这里有一些挑战和问题需要首先解决。
- 昂贵的硬件
- 有限的用户群(与传统打印机相比)
- 技术不成熟
- 速度
- 性价比, 投资回报率
- 运营成本
- 能源效率
随着新一代产品的推出, 入门级3D打印机价格会有所降低, 但对于大多数潜在用户而言, 它们仍然太昂贵了。在家里或办公室购买200美元的打印机是一回事, 你可能最终会经常使用它, 但是3D打印机并不一定是如此。有多少人需要打印文档, 有多少人需要打印3D对象？
技术在进步, 但是仍然存在严重的局限性。 3D打印机仍然很慢, 对各种不利条件都很敏感, 它们的”打印床”往往很小(尤其是在便宜的型号上), 材料的选择有限, 并且灯丝价格昂贵。
企业不愿意购买3D打印机的原因很简单：ROI。 3D打印机在速度, 成本和能效方面仍然无法接近传统制造方法。这并不意味着将来行业将不会转向3D打印。我们已经看到了一些开拓性的进展, 但是3D打印机不会很快淘汰传统的制造技术。
尽管如此, 仍有一些值得注意的例外。几年前, 通用电气(General Electric)开始为其下一代CFM LEAP涡扇发动机设计和制造一个新的燃油喷嘴, 该喷嘴最终将在数百架飞机上使用。 GE最终选择了3D打印的钛喷嘴。原因？新的3D打印喷嘴的重量比以前的设计减轻了25％, 并且由单个零件代替原来的18个喷嘴组成。耐久性有望提高五倍。这些喷嘴将用于2016年及以后生产的发动机。 GE希望在本十年末生产10万多个3D打印零件。
GE工程师团队决定采用一种称为”金属激光熔化”的新颗粒印刷技术, 为公司的一个引擎创建工作副本。
长话短说, 不, 你不会很快以2美元的价格购买3D打印的玩具, 但你将乘坐由3D打印实现的, 效率更高, 更可靠的引擎驱动的客机。你当地的购物中心目前还没有3D打印的巧克力, 至少现在还没有, 但是你的牙医会告诉你, 无论如何, 在获得3D打印的义肢后, 无论如何都不要吃巧克力。
还有另一种方式：3D打印实现服务
因此, 你对产品有一个好主意, 但首先你需要一小部分原型。你叫谁你是否购买了一堆3D打印机？还是你只是将设计发送给履行服务, 即可在几天之内将完成的模型运送给你？
配送服务使消费者和小型企业可以利用复杂的3D打印基础架构而无需花费资金。
鸣叫
3D打印履行服务似乎是一个轻松的选择, 这就是行业似乎正在采取的方向。许多3D打印公司已经推出了类似的服务, 并且正在与其他行业领导者合作。这种共生关系的一个例子是Stratasys Direct Express, 该公司最近与Adobe合作并启用了Photoshop CC集成, 为专业设计师提供彩色3D打印。
Google和Motorola推出Ara模块化智能手机概念时, 并没有在自己的3D打印设施上投资数十亿美元。他们将模块制造外包给3D Systems。此示例还强调了增材制造的潜在灵活性：Ara基于合金外骨骼, 其中填充有可以进行3D打印的各种标准化模块。由于模块必须连接到外骨骼, 因此3D Systems开发了一种在印刷部件内沉积导电材料的新技术, 与传统的3D打印机原型相去甚远。
3D履行服务通常提供几种不同的打印技术, 先进的硬件和支持。当你只需将设计发送给专业人士并使用各种专业打印机中的任何一种, 而其中一些成本比你的房屋还要贵时, 为什么还要花一千美元买一台打印机呢？而且, 不要忘记规模经济；与内部打印相比, 大型服务可以而且应该提供更高的性价比。
我认为这是要走的路。这种简单明了的商业模式大有可为, 而且很难看到个人和小型企业如何在公平的竞争环境中竞争。在价格, 尺寸和能耗方面, 专业3D打印机与印刷机的共同点要比LaserJet多, 而在家或办公室中需要多少人呢？
(名称本身就是我的烦恼。当你在谈话中提到”打印机”时, 大多数人会想到他们的家用喷墨打印机或办公室打印机。虽然3D打印机确实是打印机, 但它们并没有太多用途。这是传统打印机所常见的, 而这种区别通常在外行人中是没有的。如果我们一直称其为增材制造机器, 这将不是问题。)
面向设计师和开发人员的3D打印
这对普通的视觉设计师或软件工程师意味着什么？ 3D打印会改变我们的业务方式吗？它可以实现快速原型设计, 甚至可以实现廉价的小规模制造吗？我们什么时候准备煮一些3D打印的Barilla意大利面作为午餐？
恐怕没有简单的答案, 因为你可以从几个角度来看它。这完全取决于你的个人亲和力和目标。
设计师和开发人员可以通过几种不同的方式参与3D打印：
- 参与开源计划(RepRap)
- 使用专业设计工具(Adobe CC)
- 将打印功能集成到应用程序(Autodesk的Spark 3D打印平台)
- 使用3D打印履行服务
- 集成3D打印履行服务
大多数开源计划都是针对个人, 业余用户的。它们对于教育也很有价值, 并且可以促进很多创新。不利的一面是, 在这个利基市场上赚不了多少钱。这主要是爱的劳作。好消息是, 该门槛设置得很低。你可以购买不到$ 500的入门级打印机和大量塑料丝。你可以以优质智能手机的价格获得便宜且相对优质的3D打印机。
从长远来看, 集成3D设计和打印功能可以证明利润更高。设计师不必费力地尝试3D打印, 因为3D打印已经可以通过领先的软件包进行访问。客户迟早会开始询问有关3D打印原型或小规模生产的问题, 因此根据你的细分市场, 进行一些研究可能是个好主意。
我们只剩下房间里的大象：3D打印履行服务。
通过云外包3D打印
从表面上看, 履行服务似乎是一切的答案。他们将专业服务提供给个人, 初创企业和小型企业, 他们本来无法负担某些印刷技术, 例如激光烧结或立体光刻。实际上, 它们是将3D打印集成到各种不同服务中的唯一可行方法, 主要是通过基于云的移动和Web应用程序。
那有什么缺点呢？没有很多
工业规模的履行服务是一个相对较新的概念。但是, 可用性仍然有限。当然, 如果你需要在加利福尼亚打印几十个钛原型, 这不会有问题, 但是如果你需要在博茨瓦纳或巴林做完全相同的事情怎么办？它将更加昂贵, 因为制造的设计将必须在全球范围内运输。现场制造听起来不错, 但价格昂贵得令人望而却步
当然, 现场制造大有可为。如果企业需要快速迭代和修改设计, 那么3D打印机快速原型制作的速度和便利性将无法与打印服务相提并论。这是一个相对狭tight的利基市场, 但规模并不小。设计工作室, 建筑师, 工程师, 各种维护部门, 后勤, 教育；他们都需要现场打印机。此外, 如果你在国际空间站上需要印刷的替换零件, 则无法完全致电亚马逊。另一个值得注意的是, 太空中的3D打印会使Apollo 13机组人员的功用看上去不那么令人印象深刻。难怪NASA已经在太空中对其进行了实验。
值得注意的是, 除了更换零件和无源组件之外, 3D打印机还可以用于打印更多内容。它们还可以用于打印工作的电子部件, 从扬声器到印刷电路板(PCB)。 PCB原型制造是一个很好的利基市场, 因为传统方法缓慢且昂贵。具有导电细丝线轴的3D打印机通常可以在现场, 按时间和按预算进行操作。
尽管如此, 就大众市场应用而言, 这一领域很有可能会被亚马逊, Stratasys, 3D Systems以及惠普等大型公司所主导。随着行业的成熟, 全球可用性将不再是问题, 价格将下降, 新的硬件将提供新的机会和更高的质量。
我认为, 该行业当前面临的最大问题是缺乏用例。当然, 这听起来很方便, 但是它是为谁准备的呢？我们如何使3D打印产品进入主流消费者的手中？
这个问题并不像看起来那样简单, 因为近年来增材制造大肆宣传。只需尝试搜索3D打印用例, 你就会明白我的意思：3D打印似乎是我们所有问题的答案, 但实际上, 根据长期的预测, 大多数都是炒作。
因此, 我决定纳入一个公正的研究成果：英国知识产权局。该论文的标题为《 3D打印在工业领域中的现状和影响：六个案例研究的分析》, 内容广泛, 探讨了增材制造对多个行业的潜在影响：汽车, 家用电器, 零件, 定制产品, 逆向工程, 游戏和计算机生成的图形。
定制商品和CGI衍生设计是自由职业者最现实的用例, 因此让我们仔细看看。
个性化制造
与传统制造方法相比, 增材制造的最大优势之一是能够产生一次性设计或小批量生产。使用传统制造工艺制作塑料玩具需要多长时间？你将需要大量设备, 铸模之类的东西。使用3D打印时, 只需选择线框并单击即可。这意味着可以生产出满足不同客户需求的独特设计。
增材制造可使普通消费者在购买产品之前设计和定制各种产品。可以使用专业的桌面应用程序甚至Web和移动应用程序来完成。没有人期望普通消费者从头开始设计商品, 但是即使是儿童, 也可以使用简化的移动应用来定制玩具。
个性化制造的潜力是3D打印提供的主要优势之一。
鸣叫
这样的平台必须包含不同颜色或贴花选项的负载, 以及3D线框本身。而且, 应该可以创建模块化设计, 因此, 如果孩子们要定制玩具车或玩偶, 他们可以在数十种可以组装成产品的不同但兼容的组件之间进行选择。
是的, 今天出生的孩子们无需在应用程序和游戏中自定义虚拟环境, 而是可以对自己的真实玩具进行个性化设置, 或将其视频游戏角色变成可动人偶。这有点使你希望自己在几十年后出生, 不是吗？
以下是一些具有大众市场吸引力的个性化3D打印用例：
- 玩具
- 定制饰品
- DIY和业余爱好者产品
- 时尚和小配件
- 个性化电器和家居用品
但是, 不必根据你的口味个性化产品；它们也可以像量身定制的西服一样完美地适合你的体格。这些产品可能没有个性化玩具在大众市场上的吸引力, 但这并没有使它们不那么令人兴奋。实际上, 我发现它们比定制的胸针或玩偶有趣得多。
这里只是一些例子：
- 数字牙科
- 手术(训练模型, 3D打印的置换关节)
- 先进的假肢
- 为各行业量身定制的设备和服装
- 运动器材及配件
当然, 这些应用程序在情感上没有像我前面提到的那样具有吸引力, 但是在大范围内, 它们可能同样有利可图, 而且很重要, 尤其是在考虑医疗应用程序时。
3D打印的意义和未来
那么底线是什么？ 3D打印会改变工业格局吗？真的是下一次工业革命吗？
3D打印或增材制造是一种非常有前途但不成熟的技术。显然, 它具有很大的潜力, 但是即使该行业看到了很大的增长, 我们仍然离实现它还差得很远。
实际上, 多年来3D打印服务, 硬件和材料的市场一直在以两位数的健康速度增长。大多数分析师预计, 到本十年末, 市场将翻一番, 达到100亿美元大关。这听起来似乎很多钱, 但让我们从一个角度来看：同一位分析师预计, 2015年智能手机的年出货量最终将在1.3到14亿部之间。
纵观炒作, 至少在早期阶段, 3D打印是一种吸引力有限的技术。但是, 在新的用例的支持下, 我们将继续在可预见的未来看到增长和发展。这些用例和业务模型中的许多都将基于3D打印履行服务。对于小型企业和个人而言, 这是个好消息, 因为他们将能够相对轻松地使用第三方基础架构。他们不必购买数十台打印机, 只需将一些API集成到其平台即可。
短期而言, 至少从大众市场的角度来看, 这是3D打印的未来。
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