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3D打印机:野蛮神器要革制造业的命

时间:2012-08-31 15:24:18 来源:中视典数字科技

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将左侧的工艺品进行3D扫描,选择填充材料,利用3D打印机便可打出如右侧形状完全一样的产品。

3D打印的新技术,正在重塑全球制造业竞争格局。

两家3D打印机制造巨头均为美国公司并在纳斯达克上市。

虽然在中国尚未普及,但3D产业链正在形成。

有这么一种打印机,它可以打印出会飞的飞机、可骑的自行车,或是一块能吃的蛋糕,能穿的衣服与鞋子,甚至加上关键零部件就可打印出一把可以射击的步枪……这不是科幻电影,而是已经存在的现实。

近日美国科学家利用打印机直接制造出一副塑料机械臂,使一位两岁小女孩的残疾手臂能够正常活动。这副“神奇手臂”再次将3D(三维)打印机拉入公众视野。

新发明与掘金潮

据林永利估计,3D打印机在中国企业界的装机量在400台左右。

3D打印机(3D printers)发端于军方的“快速成型”技术,已有数十年历史,美国的3D打印机制造商Stratasys于1992年卖出第一台商业化产品。

2009年以来,3D打印市场在北美和欧洲急剧增长。根据Stratasys公司2011年财报,其八成左右的收入即来源于欧美市场,美国《时代》周刊已将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”,英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。

目前全球有两家3D打印机巨头。一家即为上述Stratasys公司,它是纳斯达克上市公司,刚刚收购了以色列一家名为Objet的3D打印机公司;另一巨头是亦在纳斯达克挂牌的3D Systems公司,它在2012年初通过收购另两家3D打印机品牌Z Corporation 和Vidar Systems奠定其江湖地位。

Stratasys和3D Systems创造着每年近两亿美元的市场营收。前者的客户不乏宝马、戴尔、英特尔、耐克等世界五百强企业。而越来越多的领域正利用3D打印技术创造神奇;过去一年,关于3D打印机“魔幻现实主义”般的新闻时有发生。

2011年3月,英国一名科学家设计出一款名为Airbike的自行车,并用打印机一次成型地打印出车轮、轴承和车轴。通常情况下,这些零部件需要由多个工厂制造,而后进行组装。这辆自行车采用尼龙材料,坚固程度与钢铝材料不相上下,但重量却减少了65%,关键是——它可以骑。

几乎与此同时,美国康乃尔大学一位教授带领他的学生,在实验室里用一台打印机,打印出一块有草莓酱的巧克力蛋糕;4个月后,英国南安普顿大学一位教授和他的团队,“打印”了一台最高飞行时速100英里的电控飞行器。这架飞机上2米长的机翼、集成操纵面以及舱门,均由打印机制作而成。哈佛大学医学院的研究人员则宣布开发出一台可以进行生物打印的设备;2011年9月,世界首辆3D打印机制造的汽车现身加拿大温尼伯市……

虽然中国目前并非3D打印的主市场,但已经有不少嗅觉敏锐的掘金者,而这个群体正不断扩大。

林永利是3D打印机品牌Objet在中国大华东地区的代理商(目前世界几家大3D打印机供应商均未在中国设立直销部门,代理是唯一的销售模式),他的客户集中在工业设计、机械电子、汽车制造、建筑、医疗、动漫和珠宝等领域,医疗行业是最大的使用群体。

杭州的六维齿科是林永利的客户之一,他们利用3D打印技术,进行牙齿正畸和数字化种牙。“传统种牙,医生凭经验直接种,现在则可以先扫描你的牙齿,获得3D数据图后打印出个牙模,确定准确的种牙位置,直接种下去就可以了,减少风险和痛苦。”林永利对南方周末记者说。

而本文开头提及的残疾小女孩,她患的是先天性多关节挛缩症,症状是四肢不能伸直、肌肉僵硬。如果是成人患这种病,通常可佩戴金属机械臂以帮助手臂活动,但对于只有两岁的小孩来说,市面上没有大小合适的机械臂。而使用3D打印机,可以先将成人使用的机械臂按比例缩小,然后输入打印指令,几个小时后,一副定制机械臂就诞生了。

虽然没有权威的中国市场的统计数字,但身处行业中的林永利估计,3D打印机在国内企业级装机量在400台左右,近两年增长尤其快,年增速均在70%左右,“市场规模肯定在超过1亿元人民币”。

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美国一位枪械发烧友日前用3D打印机打出一部枪并累计射击二百余次,这一作法引发网友热议。

4000元,在家打印

同样的原理,你甚至可以打印一个“自己”即缩小版的人物模型送给她。

3D打印的故事,远不止设备制造商和企业用户那么简单。

27岁的创业者金涛三年前在杭州的一间出租屋中创立了自己的3D打印公司,他最初的设想是为一家大型网游公司打印玩具,后因授权问题,生意没有做下去。他便转而为一些企业提供3D打印服务,直到2010年,国外的3D打印机品牌开始陆续发布供个人使用的“桌面机”,机器价格和耗材都更便宜,使用方便,精度也能满足一般使用者的需求,这让金涛看到了不同于企业用户的另一种可能。

记者在其办公室看到,一台小型桌面机正在“吐丝”打印一个马上要用的支架,利用这个支架,耗材就可以直接挂在机身上。

从2010年底到现在,金涛已经卖出了150台桌面机,不仅包括代理的国外品牌,还有他们自己制造的机器。

一位“80后”怎么可以自己制造3D打印机?“一个做结构设计的英国教授,在研发出3D打印机后,就把一些关键的技术在网站上公布,供爱好者使用,”金涛说,“我就是根据这些开源的信息研发出自己的产品的。”

金涛介绍称,第一代产品售价是4000元,只有一个喷头,只能打印一种材料;第二代产品正在内测中,安装有两个喷头,价格“也不会过万”。

最近两年,金涛明显感到了3D打印技术正在为越来越多的人关注,在他们的QQ讨论群中,已有一千多位参与者。他还于2012年6月初上线了一个3D打印社交网站,网友可以上传分享3D数码图,讨论产品设计。网站也有交易功能,如果你想给女朋友设计一个独一无二的戒指,可以通过开源的3D软件,设计出数码图,上传图片、选择打印材料、下单,不出数日,这个独一无二的定制戒指便到了你女朋友的手里。

同样的原理,你甚至可以打印一个“自己”——也就是一个缩小版的人物模型,送给她。

这种作法是受到了美国Shapeways公司的启发。事实上在北美和欧洲,类似的商业模式早已屡见不鲜且使用广泛。

Shapeways是一家位于纽约曼哈顿中部的3D打印机服务提供商,正在用社交网络使普通人参与制造业。如果你是Shapeways网站的注册用户,有一个好的产品设计创意,便可把它上传到网站,网站给出各种材料的价格,你可以选择购买,然后直接打印,并把产品在线展示,卖给任何喜欢的人。

Shapeways公司CEO彼得称,2011年他们已经印制了75万种产品,使用的材料包括塑料、不锈钢、银、陶瓷,甚至玻璃,最新的3D打印技术还能套色打印。

普通用户在使用3D打印技术时通常面临这样的难题:并非每个人都能使用3D软件进行图像设计,并非每个人都买得起价格百万的3D打印机。但是“开源”、“社交”等互联网理念,使这些问题迎刃而解。

一些公司将3D建模软件分享到互联网,例如123D和Tinkercad,它们使用起来并不复杂,可以把一张iPhone照片,或旧名信片,转换成3D图像数据。另外一款名为Photofly的软件,只要你有一台单反相机或者是普通的卡片机,就可以将你自己的人像生成3D数据。

为了让更多的人了解3D技术,Shapeways还开了类似苹果的体验店,让更多的爱好者到店里参观,还会定期举办3D打印设计的学习班,帮助有兴趣的人掌握技术。

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越来越多的电影开始使用3D打印机制造道具。

“自然造物”

李庆华的做法是通过3D扫描技术,将一些有待保护的佛教造像,转变为三维数据图像,再用3D打印机打出模型,供文物研究和图像保留。

2012年7月毕业的中央美术学院学生宋博文,正在创办一个3D艺术品工作室,取名格物。这源于一年前某次展览上,她偶然看到一个奇特、流畅的自行车,“不知道怎么做出来的”,对造型的敏感让她迅速在网络上找到了答案,并和浙江的金涛取得了联系。

“3D打印技术与传统的造型手法完全不同,这是一种‘失控’的设计状态,可以实现完全自由的设计,充满未知的惊喜感。”宋博文对南方周末记者说。她很快设计、打印出礼帽、十二水灯、笔等一系列作品,其中的“礼帽”还在比利时3D打印厂商Materialise举办的“世界3D打印作品展”上摘得亚军。

25岁的她备受鼓舞,决定和男朋友一起创业,除了生产销售3D打印的艺术品,也和一些室内设计的公司合作,帮他们设计3D图像,实现一些“自然造物”的装修想法。

“我们的目标是让3D打印技术融入生活之中,你可能意识不到它,但已经在体验它带来的改变。”宋博文说。

生活在杭州的李庆华是位雕塑家,对佛教造像特别有兴趣,四处走访的他对国内一些石窟的保护状况很是担忧,于是想做一些“力所能及的事”:把这些正在消失的文化遗产,用数字手段留下资料。

李庆华的做法是通过3D扫描技术,将一些有待保护的佛教造像,转变为三维数据图像,再用3D打印机打出模型,供文物研究和图像保留。

李已经完成的一个实例,是山西天龙山石窟18窟的复原。天龙山石窟造像群上世纪30年代遭到洗劫,部件流落世界各地,在时间的侵蚀中已破败不堪。李庆华和几个朋友一起,花了十多天的时间,把18窟的3D数据扫描回来,又花了半年时间细致地拼出三维图形。李使用的3D图像处理软件,来自华盛顿大学发明者的开源分享。

李的团队正在设计一款手机应用软件,把天龙山石窟的三维数据上传,再根据已有史料,标出遗失部件在世界各个博物馆的位置,有兴趣的爱好者可以到自己身边的博物馆,用手机拍下部件的照片并传回来,李庆华便可以把这些照片转换成三维数据图,再通过3D打印出复原后的造像。“我们已经通过这种办法,将国家博物馆的一个头像完成了复原,文物研究需要真实的触感。”

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美国MakerBot公司生产的家用版3D打印机。

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中国杭州Magicfirm公司生产的家用版3D打印机。

挑战“中国制造”

2011年6月,美国总统奥巴马宣布一项新政策,并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。

从工业领域到寻常百姓家,3D打印的产业链正在形成。“社会化制造”成为行业内外热议的一个话题,制造业的形态正在发生潜移默化的改变。未来我们有可能利用这项“野蛮”的技术来直接打印出手机。

纽约另一家利用3D技术生产消费品的公司Quirky拥有20万的注册用户,他们在线搜集用户的创意,产品设计图纸,用3D打印机以最快的速度成型,再上传讨论,最终确定方案后批量生产。届时在线上和线下都会有销售,他们最成功的产品是一排可折叠的接线板,设计者常从一个创意就获得不少的收入,有的用户一年能赚几万美元。

而美国加利福尼亚州的Legacy Effect公司,利用Objet 3D打印机为电影特效片段制造3D模型和原型,为演员量身定制可以完全适合演员的脸、颈部和头部的道具,在电影《侏罗纪公园》、《阿凡达》、《钢铁侠》以及《复仇者联盟》中都有应用。

日本一家公司甚至推出了面向个人的“Baby复原服务”:只需提供婴儿在母亲肚子里的X光照片,他们便可以复原成三维图像后,打印出一个“肚子里的婴儿”模型作为纪念。

3D打印还能实现一些传统制造方式难以实现的复杂结构。2011年巴黎春夏时装展上,荷兰时尚设计师Iris van Herpen发布了他直接用3D打印机制作的立体服装,这些超太空感的服装由锦纶打印而成。

不再依赖人工,没有组装流程,没有边角料,3D技术的这些特点,将在某种程度上重新定义工厂。若成本进一步降低,个性产品将获得和规模产量同等的竞争力。有人预计,到2020年之前,3D打印机将可以从事小规模生产,制造过去的劳动密集型工艺品和商品。

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杭州雕塑家李庆华利用3D打印技术还原正在消失的历史文化遗产。

这项新技术正在因此而重塑全球制造业格局。

2011年6月,美国总统奥巴马宣布一项新政策,并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。2012年7月17日,美国《外交政策》杂志网站发表题为《制造业的未来在美国而不在中国》,称“技术进步将使中国的制造业像过去20年里美国制造业那样迅速衰落”。

“和美国相比,中国缺少DIY(自己动手)的习惯和创意设计发展的土壤。”金涛说,在新技术开启的下一轮制造业竞争中,中国表现如何还是个未知数。

北京计算中心有一台3D打印机,其虚拟现实部经理季红持同样观点,“前不久中国发明家协会组织了一些企业到我们这参观,大多数人对这一技术不敏感,不觉得它物有所值,唯一产生兴趣的是一家想做‘山寨’眼镜的企业。”

而在这个行业中浸淫多年的林永利觉得不必太担忧,到目前为止,技术还存在一些局限性,比如材料限于塑料、树脂和金属,精度也只能精确到几十毫米,在规模化生产方面也不具备优势。他说,“3D打印机不是万能机。”

无论如何,3D打印技术实现了一种可能,只要你有一台电脑,一个想法,不管你在穷乡僻壤,还是繁华都市,都可以通过自己的方式,改造这个世界——至少改变自己的世界。

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