3D打印工作原理解析
3D打印，这个被大众视为前卫技术的科技，一直是比较热门的词汇，国内传统媒体对3D打印的新闻报道已超过4000篇，网络新闻报道更是不计其数，于是业界有人声称，3D打印时代已经到来，我们的生活、工作以及思考方式都会为之而改变。从这些“浩大”的声势中可以看出，3D打印看起来非常大众化，但又显得十分神秘，你对它非常了解吗？3D打印可以替代社会化大生产了吗？3D打印真的走入大众了吗？3D打印究竟是个什么鬼？……带着这些诸多疑问，我们来一起分析一下。
3D打印：如果方向错了 再努力也没用？
从专业角度来说，3D打印又叫做加法制造、加层制造、增材制造或者积层制造。这项技术最初被用来制造模型，一直被视为“高大上”的洋科技，时至今日，3D打印技术已悄然走进大众的视线，在日常生活中的很多领域，我们都会发现它的影子，尤其在医疗领域使用最为广阔，如3D打印人体器官、3D打印皮肤等等，如今已经慢慢渗透到生活中的各个角落，3D打印的时装、3D打印的首饰、灯具等等，说不定你哪天起啤酒用的启瓶器就是3D打印的呢。
●3D打印工作原理解析
说起3D打印技术的原理，其实很简单，运作原理和传统的打印机工作原理基本相同，也是用喷头一点一点“磨”出来的。普通打印机喷出来的是墨水，3D打印机喷出来的是液体或者其他粉末状的“材料”，这项技术是利用光固化和叠加技术的快速成型装置，通过电脑把“材料”一层层叠加起来，最终把脑海中的蓝图变成具体实物。
3D打印工作原理（图源：elecfans.com）
它的工作步骤是这样的：使用CAD软件来创建物品，然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中进行打印设置以后，打印机就可以打印了。3D打印机的工作原理和传统打印机基本类似，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后再进行打印输出。
3D打印首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水
3D打印技术与激光成型技术也一样，采用了分层加工、叠加成型来实现打印，每一层打印过程分为2个步骤：首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，然后是喷洒一层均匀的粉末（粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态）。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后，松散的粉末和剩余的粉末还可以循环利用，有效节省了打印耗材。
第2页：3D打印 人们褒贬不一
●3D打印 人们褒贬不一
3D打印是一个巨大的课题，应用范围十分广阔，从原理上讲，3D打印是一种快速成型的技术，它以数字模型为基础，运用粉末状的粘合材料，通过逐层粘合打印的方式来构造物体，这些原料可以是金属的，也可以是塑料的。简单来说，只要你找到了合适的材料，配以数学模型，一台3D打印机在理论上就能取代整个制造业，而且这种技术可以应用到制造业的各个领域，如航空领域、医疗领域、建筑领域、服饰加工领域，当然还有模具制造等等各个方面。
（图源：雷锋网）
事实上，采用3D打印制造出的产品已经为数不少，如简单的玩具、工业配件、首饰、交通工具等，也有一些特殊的、精密的产品，如3D打印的别墅、人体内脏模型、人体骨骼、动物假肢等，甚至有些从业者帮助摩登女郎打印出了漂亮的高跟鞋和比基尼。总之，3D打印几乎成为一个马上就要颠覆世界的神秘科技，但是，事实真的如此吗？
3D打印高跟鞋
在大量的未来设备概念中，3D打印独占鳌头，有人支持有人反对，有人愿意投入巨资，有人却嗤之以鼻。在这里需要提到的一个典型事例就是李嘉诚与郭台铭的对垒了，香港首富李嘉诚认为3D打印前景广阔，而且已经投入巨资支持一个美国创业公司，准备开猪肉铺了；台湾人郭台铭则对3D打印嗤之以鼻，他坚信3D打印就是扯淡，扬言3D打印若能大规模市场化，他就把“郭”字倒过来写。
郭台铭统领的富士康集团，是全球最大的制造企业（图源：外滩画报）
关于3D打印的看法，笔者也支持李嘉诚的观点，事实上，笔者更愿意相信，郭台铭统领的富士康集团，是全球最大的制造企业，他的发言看似有些草率，但却饱含深意，郭台铭的言论其实是忌惮3D打印对于传统制造业的冲击的明显表现。
3D概念（图源：昵图网）
3D打印概念的背后，其实是产业“钱”景被夸大的结果，很早有分析指出，曾经股价一年上涨近3倍的3D系统公司只是一个被“过分鼓吹的泡沫”，该公司存在着夸大财务数据、研发投入不足以及现金流缺乏等问题。以中航重机、大族激光、华中数控等为代表的相关概念股随着热炒的3D概念一直大幅上涨，就在大家对3D概念前景憧憬的时候，部分股东和高管却已经走在了套现的路上。原来这才是过分鼓吹的最终目的，很多人都被骗了。
第3页：理想很丰满 但现实很骨感
●理想很丰满 但现实很骨感
之前很多人都说3D打印意味着未来，意味着社会化大生产即将走入历史，人们即将能够随心所欲地去自由制造一些自己想要的东西，连商场都不用逛。我第一次听到这样的语言是到2012年，但是3年过去了，还是当年那个样子。其中到底是什么原因导致这个产业的停滞不前？难道我们的方向一开始就错了？
我们常见的场景可能就是：创业者的办公室门口放几台3D打印机，准备随时给客户定制各种产品，但真正能够为客户做出服务的却很少，大多数时间里，那些打印机都是在打一些测试品或者实验品，拿来自娱自乐罢了，看到被恶搞的奥巴马和爱因斯坦肖像，路过的人可能会一笑了之。
3D打印奥巴马（图源：国际在线）
虽然3D打印技术已经被广泛应用于各个领域，但其需求量显然不足，导致它到目前为止多数情况下只能打印一些小物件（军工产品除外），而且，一旦成本降低到一定程度，就会遇到发展瓶颈，谁也不愿意放着几百元的玩具不买，偏要花几千块钱买一个3D打印机制造的玩具吧。
从逻辑和市场需求来看，3D打印的确是一项前途无量的技术，但是具体到中国，仿佛就不那么乐观了。先看一下数据，目前从全球来看，专业级的3D打印厂商主要有前文提及的Stratasys和3D Systems，以及德国EOS公司。前两家的产品主要以塑料为打印原料，后者则以金属原料打印见长。他们的共同点都是迄今为止所销售的3D打印机数量有限，其中Stratasys的销售量约2万台，EOS公司的全球销售更是仅有一两千台。
3D Systems桌面级3D打印机
再看国内，从专业级3D设备市场而言，国内企业近年来的技术和专利储备都快速发展，但总体上与全球巨头相比尚存差距。国内3D打印行业当中，比较知名的厂商有湖南的华曙高科、上海的联泰、南京的宝岩等。据了解，其中，作为明星企业的华曙高科每月仅能生产两台新品，能够销售出去的3D打印机也仅为几台。
事实上目前国内3D打印企业，虽然正在野蛮生长，但盈利者却寥寥无几。而且，相较于欧美发达国家，中国的3D打印技术只停留在起步阶段，特别是在关键核心零部件方面，几乎是一片空白，单就激光器来说，我们只能进口美国、德国的设备。更尴尬的是，3D打印需要编写软件作为其灵魂的输出，但很遗憾，中国还找不到可媲美于Google、微软的软件企业，自主研发也就成了空谈。
第4页：3D打印迅速崛起 障碍何在？
●3D打印迅速崛起 障碍何在？
在面对成型结构复杂的时候，3D打印技术优势非常明显，可以说在塑形方面，3D打印有着无可比拟的优势。由于所有制造流程都是通过电脑预先设置好的，也就是说，只要设置没问题，3D打印机将会一丝不苟地执行操作命令，直到物品被打印出来，而且一旦设置了执行命令，打印机就会始终如一地执行下去，省下的时间，你就可以该干什么干什么去，腾出时间做别的，不用浪费时间去等待。
传统成型技术由于需要频繁的人工操作，误差在所难免，而对于许多精密零件来说，0.1毫米的误差可能都是不合格的。而对于3D打印机来说，精准度足够你放心的了。所以，这些都是3D打印的优势所在。但是，优势归优势，3D打印想要迅速崛起并不那么容易。
德国TETRA纳米结构3D打印机（图源：微小网）
首先，也是最主要的当属成本。高成本是目前横亘在3D打印产业面前的一大障碍。从专业级3D打印设备来看，一台以金属为原料的3D打印机售价高达500万-600万元，以塑料为原料的也要一两百万元一台。国内企业生产的3D打印设备售价稍低，也有八九十万元，低的也要四五十万元。同时，由于3D打印厂商一般采取原料捆绑销售的模式，原料成本也不可小觑。用于3D打印的塑料约在2000-3000元/公斤。未来3D打印的普及还有赖于产业竞争充分和技术进步后的设备、材料成本下降，成本下不来，规模化就无从谈起。
再一点就是单品打印时间长。目前一个复杂件的3D打印时间需要十几个小时甚至几十个小时，3D打印在时间也无法满足规模化大生产的效率要求。由于成本高、单品打印时间长等因素，目前3D打印还只能用于部分领域的小批量生产，比较成熟的应用领域比如助听器产业。
Makerbot桌面级3D打印机
还有就是自主创新能力弱。如果说专业级3D打印机发展受到制约，那么桌面级3D打印机又如何呢？据了解，桌面式3D打印市场基本处于仿制开源技术平台的阶段，拥有自主研发技术的公司并不多。桌面级市场这几年发展快，因为技术是开源的，随便几个人从网上下些东西就可以做出来，做的人很多，但是热潮一过，做桌面级的就会比较迷茫。作为行业老大的Makerbot一直是国内多数企业模仿的对象，而一旦Makerbot的开源政策发生变化，这对国内企业来说并不是什么好事，因缺乏自主创新能力，在跟别人合作的过程中容易陷入被动的困境。
总之，尽管3D打印该我们带来了很多惊喜，但说3D打印可以替代社会化大生产还为时过早，就像我们如果想要在一张纸上打印彩色的话，就需要不断更换墨盒和硒鼓一样，而墨盒和硒鼓却能把几种不同的颜色放在一起来调整，3D打印耗材能做到吗？显然不能。光是放置这些3D“墨盒”（即耗材）的地方恐怕就可以堆满整个房间，再者，在压缩信息方面它跟电脑没法比，电脑的信息可以放在越来越小的存储介质当中，但3D打印的实物却不行。说3D打印可以替代社会化大生产确实是为时过早，就算最后能够走到那一步，保守估计恐怕也需要至少上百年吧。
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