行业发展

家用3D打印机仍在黎明前夜

字号+ 作者:王 来源:家用3D打印机 2016-09-11 19:37 我要评论( )

导读:5月9日,2013中国(北京)国际快速成型与3D打印技术展览会在国展开幕。这个展览会与LED、物联网等展览挤在一起,规模不大。但开展伊始,展区的20多家展位前就人潮汹

导读:5月9日,2013中国(北京)国际快速成型与3D打印技术展览会在国展开幕。这个展览会与LED、物联网等展览挤在一起,规模不大。但开展伊始,展区的20多家展位前就人潮汹涌、热闹异常,观看者、问询者、体验者络绎不绝。现场展示的3D打印机包括FDM、SLA和SLS等多种类型,大体上涵盖了工业级和桌面级的主流产品。值得注意的,相对于价格动辄数十万元的工业级设备而言,观众的兴趣显然集中在适宜于家庭应用的桌面级3D打印机。

北京展会只是近期密集3D打印展会中的一例,比该展会早一天开幕的中国(上海)国际技术进出口交易会特别开设“3D打印技术”专区,汇聚了国内外近30家机构的3D打印创新技术和解决方案。更早之前的4月25日,东莞举办“3D打印体验展暨2013·3D打印技术产业化论坛”,展出了著名3D打印设备制造公司Stratasys旗下的最新产品。拟于10月份举办的“2013珠海耗材展”已经放出话来:将首次展出3D产品和其他个性化打印产品,打造新的亮点。规模更大的“2013深圳国际3D打印技术展览会暨研讨会”定于11月举行,据说展览会总面积超15000平方米,标准展台超过800个,志在开创全球顶级3D打印应用行业盛会。

除此之外,首届“世界3D打印技术产业大会”将于5月29日-31日在北京举办,会议期间还将举行“世界3D打印技术产业联盟”的成立仪式。

…………

一时间展会扎堆、豪杰并起,似乎3D打印大潮已汹涌袭来、不可遏止。整体上看,3D打印技术在尖端制造、医疗、科研等领域均获得成功的应用,并隐隐然有井喷之势。但是具体到桌面级3D打印机,或者说普通大众更为关心的家用3D打印机,情况则尚不明朗。以当前最“时尚”的家庭应用——3D照相为例,仅打印10厘米高单个人像的价格就在千元以上;如果来个20厘米的情侣套装,价格更超过5000元。如此高昂的打印成本,意味着这一最受人喜爱的3D打印应用暂时还无法飞入寻常百姓家,更不用说这个设备的重量足以压坏一张书桌。

桌面级3D打印机的局限性

就笔者近期对3D打印设备和厂家的调研,表面风光之余,桌面级3D打印机在家庭的应用和普及仍存在诸多限制,包括:

1. 低价格设备的打印分辨率低、速度慢

如一般家庭可接受的FDM(熔融沉积成型)3D打印机的价位大致在3千元至3万元之间,相对可算“低廉”。但该类打印机打出的物品表面粗糙,边缘存在“台阶”效应,打印个小物件就需要花费数小时乃至数十小时,极其挑战家庭用户的耐心和审美观,目前基本上可排除出实用市场。

2. 高分辨率打印设备的价格高昂

SLA(立体光固化成型)和SLS(选择性激光烧结)打印机的精度高、速度快,但是最便宜的设备价格也要10万元左右。

3. 3D模型难获得

打印物品需要先有该物品的3D数据或模型。这些模型要么由用户手工创建或修改,要么通过3D扫描仪扫描。前者需要有深厚的3D设计和软件操作经验,超出一般用户的能力范围;后者需要昂贵的3D扫描仪,价格基本上也都在10万元以上。

4. 可使用的耗材种类很有限

主流3D打印机所使用的耗材(原料)通常为塑料、树脂和金属粉末,家庭中经常用到食品、陶瓷、木头、玉石、布匹等物品一般无法用桌面级打印机打印。

5. 只能打印简单材料的物品

常见的3D打印机都只能打印一、两种耗材,复合材料的物品无法打印。即使可打印的材料,其强度、韧性和颜色等指标也经常达不到实用要求。

6. 耗材价格昂贵

前面所举的3D照相,是耗材昂贵的一个典型例子。最便宜的3D打印耗材——ABS塑料,价格都在每公斤百元左右。SLA和SLS型打印机所用耗材的价格更在每公斤千元以上。打印一个物品,所费原料的价钱就会比商店中的成品高几倍乃至几十倍。

7. 需要额外工序

只有极简单、要求极低的物品或一次性用品可在打印后直接使用。大部分物品都需要手工后处理工序,这些额外的工序使得3D打印无法做到“所打即所得”,会严重挑战用户的技能和耐心。

8. 维护不易

如:几千元的FDM型打印机一般用户根本搞不定;SLA涉及到有毒原料的保存问题;SLS对工作环境要求相对苛刻,使用和维护工序复杂等。

问题的核心与解决猜想

家用3D打印机的上述局限反映出易用性、通用性和价格之间的互相制约。而上个世纪70年代的个人计算机(PC)存在同样的问题,回顾PC产业解决这些问题的方法,或许会对于解决家用3D打印机的问题有所帮助。

1. 通用CPU+模块化外设解决通用性问题。

通用CPU的核心是通用指令集,对应于3D打印机的耗材处理器件和工序(例如FDM的耗材融化与挤出、SLA的紫外光扫描、SLS的激光烧结等),使用一种通用耗材处理器件和工序通吃种类繁多的所有耗材可能不现实,但是至少可针对具有相似特性的一大类耗材建立一个标准化的通用处理模块。在此大类之内,不同厂家的耗材处理模块可以互换甚至拼接,然后通过连接各种“模块化”、“个性化”的外设实现对于具体材料的细分处理,尽可能扩大3D打印机的通用性,让一款设备可以打印多种原料和类型的物品。

2. 图形化界面解决易用性问题。

易用性问题的解决相对简单,只要有足够多用户,就有望根据用户的感受摸索出简单、可行的易用性改进方案。对于3D打印机来说,很可能是加入更多的自动化、智能化模块。例如把FDM打印机的输出直接与打磨设备连接,根据同样的3D模型对物体的边缘进行平滑处理,SLA和SLS也可按照类似的思路办理。甚至是维护问题也有可能在加入足够多的自动化设备之后变得傻瓜化。

3. 提高集成度与大批量生产解决价格问题。

PC价格的一路“平民化”得益于摩尔定律。3D打印行业也需要找到自己的摩尔定律,它或许存在于3D打印(除FDM外)的核心器件——激光器,也或许存在于某个仍待发现的新技术或新部件。MIT媒体实验室在Kickstarter.com上的3D打印机众筹项目Form1,通过使用蓝光播放器上的的激光器成功的把SLA打印机的价格拉低至2500美元左右,就是一条极具启发性的线索。另一方面,即使没有发现3D打印界的摩尔定律,在解决了通用性和易用性之后,3D打印机的大批量生产也会极大的降低单台设备的价格。

4. IBM的杀入与开放标准的建立是PC产业的最终引爆点。

同样,3D打印领域也需要行业巨头推动,建立开放标准,带领各类单独的设备、部件、器件生产商把市场做大。遗憾的是,即使在工业级3D打印设备领域(除了SLS领域的德国公司EOS),也缺乏像当时IBM那样的巨头。这可能从一个侧面说明3D打印行业本身的积累尚未到达临界点,把高端技术导入家用领域难以一蹉而就。

未来之路

上个世纪70年代是计算机产业的一个分水岭。此前,计算机在发达国家的科研、教育、工业、商业等领域已获得大量成功应用。但是微型计算机(或个人计算机——PC)却还是个很稀罕的玩意,只在极客中流传。1975年,苹果的联合创始人斯蒂夫·沃兹尼亚克组装出第一台APPLE I;同年,比尔·盖茨从哈佛辍学,创建微软公司。这两个公司的天才创始人,拥有一个同样的愿望:把PC摆放到每个人的书桌上。20年后,他们的愿望成真,PC成为最常用的个人办公和娱乐设备。

回顾70年代的PC业,其发展轨迹清晰明了:不断发展的半导体产业和集成电路技术带动了计算、存储等器件的小型化和廉价化。一小撮电子爱好者拼命将这些器件拼装起来,试图出售给普罗大众,至于这些电子玩具能做些什么,绝大部分的人并没有清晰的认识。他们只是认为这个东西很酷炫、很重要,应该摆在每个人的书桌上。

而当前家用3D打印领域也弥漫着同样的氛围:爱好者们孜孜不倦的改进、组装着新机器,设备制造商和研究者卖力的鼓吹着“第三次工业革命”。当然,现在还没有人能够信服的断言3D打印机终究只是一个美好的梦想,还是能够颠覆行业的革命性产品。

只是就爱好者的狂热和业界的期待而言,3D打印似乎已经到了技术突破的前夜。目前所缺乏的,是核心部件的成熟,以及一个类似IBM的巨人把相关的工作标准化、产业化。

期待这一天早日到来,即使未来的3D打印机具有截然不同的工作机理和形态,只要它能够摆在每个人的书桌上就行了。至于它都能用来做什么,答案已经超出我们的想象能力。正如70年代的人绝对想象不到我们现在正在用PC做什么一样。

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