3D打印技术分析与未来发展趋势报告（完整版正式发布）

在过去的十年中，人们对3D打印的狂热增加了不少，但是3D技术应有的发展程度跟不上期望值，现实与理想的差距似乎还是很大，那要如何取得突破呢？

3D打印技术的研究人员曾尝试过使用各种主流技术以及实验方法来建造3D打印机。不难发现的是，大部分这些技术通常都是由一些常见的材料、软件工程问题和机械系统所构成。那么问题便来了：为什么3D打印尚未能成为更可取的生产制造方式？为什么这项技术的失败率还是如此的高，而且再生性也如此的困难？答案是——这不是因为材料特殊或控制太先进复杂而造成的困境。而真正制约3D打印技术创新的是我们看待这些技术的方式：只把它看作单一的部件制造，而缺乏系统性。

我们不妨转换一下看待3D打印的视角，将其看成是一个由各个部分组成的体系。这样，我们对其功能的认识就会发生变化。

通常来说，我们会将一个生产体系划分为以下几个要素：

• 设计：指的是用户在使用其功能设计后将能实现些什么。

• 硬件：真正能实现物理作品的部分。

• 材料：包括树脂、金属、陶瓷、塑料或天然材料等，通过3D打印技术，这些材料最终将变成实在的功能产品。

• 软件：负责将设计数据转化成制造数据，包括安装在机器上的软件和向机器传送数据的软件。

这个体系中最容易被忽略的是要素在每个领域直接碎片式的连接路径——现实3D打印技术仍在为制造某个部件而制造，缺乏整体效率。陈旧的思维方式制约了我们真正实现3D打印潜力的进程。如果我们能够摈弃传统的思维方式，或许就可以真正将3D打印技术用到实处。

我们如今的打印设计还是围绕着老旧的技术。到了今天，所有被打印出来的事物都只是为了贡献另一种物体的制造过程而设计，比如为了制模。3D技术目前能实现的只是帮忙人们越过制模这个阶段，直接进入制造环节。但其实关于发展新的设计工具来改善工程制造，前人已做了很多努力和尝试，而始于立体制造的发展使得3D打印技术直到如今依旧像是老式生产的替补。

3D打印创造了一个“人人都是设计师”的时代，真正的设计师价值似乎还没有充分的被挖掘出来。技术狂热者与艺术大师们还没有建立起真正的联系。

3D打印技术的诞生是我们追求无尽的速度与发展、便捷与解放的结果。在讨论这项技术将带给我们的变革时，我曾经看到过一个经典的设计案例——荷兰设计师Tomas Gabzdil Libertiny在Eindhoven设计学院做了蜂蜡系列作品。他把蜂蜡制成简单的花瓶形状，然后把上万只蜜蜂和花瓶原型一起放入蜂箱。一周以后，蜜蜂在已有的花瓶原型结构上建构了自己的蜂巢，让花瓶的结构膨胀。Tomas称这个创作过程为慢速成型。

图：荷兰设计师Tomas Gabzdil Libertiny用蜂蜡制成的花瓶

对比快速成型的作品，它的制作过程虽然耗费时间，却正因为时间的消耗和自然生长的过程而显得珍贵。自然和制造结合在一起，给了人们更多的感动和思考。工业设计诞生于工业化社会萌发进程中，是对社会大分工、大机器生产机制的协调和修正。不管计算机互联网和3D打印技术的结合会给制造业带来怎样的变革，工业设计的本质是不变的，是解决和协调人与物之间的关系。产品不仅从物理层面，更在精神层面上带给人们享受。不管是使用传统手工工艺，还是3D打印技术，设计的本质在带给人们美好的生活这一基本出发点上是不会改变的，需要让真正有艺术思维的大师们参与到3D打印设计中来创造各种艺术品，并从先进技术的实现手段中获得额外的惊喜和灵感。

我们还是在建造快速成型机。目前的机器都是多面能手，但并不专长。作为快速成型机，他们只是用于完成各类制造工程中等级最低的共通部分。这导致的结果是，这些机器可以做很多事，但做得好的却极少。我们必须重新考虑设计这些打印机的目的，明确这些技术所能解决的生产生活问题。我们需要的是围绕需要解决的现实问题来建造一台3D打印机，而不是凭空制造了一台机器然后寻找一个适合的问题交予之解决。

硬件问题归根结底还是软件问题。除了关注现实生活中的生产应用，我们需要让这些机器能够利用软件。也就是说，我们需要“智能”的3D打印机，它拥有大量的监测传感器和互联网接入，以便监控和实时分析。比如Autodesk开源3D打印机Ember，其配置的传感器能够帮助机器在运转时自如地从故障中恢复，提高打印的可靠性，并能够实时回送工程进展报告。

图： Autodesk开源3D打印机Ember

Autodesk在知识共享-署名-相同方式共享许可证下公开了其3D打印机Ember的树脂、机械设计、电路图纸的细节，在GNU GPL许可证下公开了固件。打印机运行的是一个基于Linux的操作系统。Ember 3D打印机的打包价约6000美元，包括了打印机、两个树脂托盘，两个构建头，两升的透明树脂以及一个精加工工具。3D打印机行业开始热衷于开源的一个原因是它本就是开源模式下成长起来的，许多成功的公司使用开源设计销售类似的打印机。

也许3D打印最伟大的能力之一是低成本实现多种材料的复合。被某些属性绑定的物质，我们称之为“材料”，比如木梁和纸张，根本上它们同属木质纤维。真正让它们形成区别的是这些纤维的组织结构模式。

3D打印的共同目标是实现从一台机器中打印出各种复合材料，一次性为项目实现多重制造属性。然而，细观结构材料技术允许我们获得更多单一材料之外的利用价值。相比较于对不同的性能便要依赖不一样的材料，设计师可以利用细观结构材料技术来创造一种拥有各种所需的性能特点的物体，这只需要一台机器及一种成份（改变基础成本的组织结构）。

这样一来，在材料合成上，3D打印将获得更高的灵活性和有效性。这是未来3D打印发展的新领域。

图：复合材料只是某些已知材料的特定范式

图：利用细观结构材料技术能够借助常见的物质制造出前所未有的材料

3D打印已然走过了25个年头，回顾起来我们虽然取得不少进步，但我们还可以通过解放思维实现创新，推动3D打印产业实现质的飞跃发展。当下，制约行业发展的不是核心技术，而是人们整合产业及商业模式进行思考的能量。

我们不能满足于利用一台机器制造出一种复合材料就说是极大的利用，这种想法制约下3D打印永远不会取得大的突破。除了材料构造的创新，互联网连接及智能化、设计师的艺术创造价值挖掘也将是大势所趋。