文体用品产业3D技术动向与发展趋势（下）

2015-12-23恩里克杰姆斯王庄林

文体用品与科技 2015年23期

关键词：打印机

文/恩里克·杰姆斯（美）译/王庄林

文/恩里克·杰姆斯（美）译/王庄林

（接上期）

二、3D文体用品新技术

3D打印技术（Three-Dimensional Printing Technology）即快速成型技术的一种。它是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、生物质料与再生细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品，被誉为第三次工业革命最具标志性的生产工具。

3D打印无疑是一种颇具创造性的新技术，尤其是对于设计领域具有重大意义，能够帮助设计师们更简单方便地制造设计文体用品原型。除了Stratasys公司于1980年中后期发明最早的3D-FDM打印技术外，目前世界各国在3D打印文娱、办公、体育与健身健美用品等方面开发并利用的新技术主要有：

SLS技术：主要采用金属和聚合物为打印材料，具体包括尼龙、添加玻璃纤维的尼龙、刚性玻璃纤维、聚醚铜、聚苯乙烯、尼龙及铝粉等混合材料、尼龙及碳纤维的混合材料、人造橡胶等，3DSystems公司的3D-sPro系列打印生产的运动鞋垫、跑鞋、头盔与球杆等就是采取SLS技术。

DMLS技术：这种直接金属激光烧结技术应用较多，已经实现可打印几乎任何金属合金的文体用品，具有代表性的设备是德国EOS公司的直接金属激光烧结3D-EOS系列打印机型。

EBM技术：这是一种金属部件的积层制造技术，可打印钛合金等材料。它是通过高真空环境下的电子束将融化的金属粉末层层叠加，与直接金属激光烧结技术低于熔点的生产环境有所不同，EBM技术生产出的文体用品及其物件密度高、无空隙且非常坚固。

PP技术：使用该技术的3D打印机每次喷一层石膏或者树脂粉末，并通过横截面进行粘合。打印机不断重复该过程，直到打印完每一层。此技术允许打印文体用品的全色彩原型和弹性部件，将蜡状物、热固性树脂和塑料加入粉末一起打印，还可以增加强度。

SLA技术：这是用于生产文体用品固件部件的光固化成型技术。该技术由于具有成型过程自动化程度高、制作原型表面质量好、尺寸精度高以及能够实现比较精细的成型尺寸等特点，因而成为广泛应用的快速成型工艺方法。

DLP技术：这种激光成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似，也是采用光敏树脂作为打印材料，不同的是SLA的光线是聚成一点在面上移动，而DLP在打印平台的顶部放置一台高分辨率的数字光处理器投影仪，将光打在一个面上来固化液态光聚合物，逐层的进行光固化，因此打印速度比同类型的SLA立体平版印刷技术速度更快。3DP技术：3DP是一种基于微喷射原理的三维喷绘打印技术，按一定路径逐层打印堆积成形，它和平面打印非常相似。3DP打印机主要部件为储粉缸和成形室工作台。打印时首先在成形室工作台上均匀地铺上一层粉末材料，接着打印头按照零件截面形状，将粘结材料有选择性地打印到已铺好的粉末层上，使零件截面有实体区域内的粉末材料粘接在一起，形成截面轮廓，一层打印完后工作台下移一定高度，然后重复上述过程。如此循环逐层打印直至工件完成，再经后处理，得到成形制件。

3D-CAD技术：不久前，Nervous System设计工作室研发出一款全新的3D打印软件，称之为“Kinematics”，能够通过先进的打印形式来解决材质所带来的局限性。它是一款3D-CAD制图软件，设计师可通过运动学模型分析技术，自如控制每个三角形的尺寸、位置和数量，也能够改变其细微形态，最终制作出可折叠、柔软的运动服装，解决塑料材质无法折叠、弯曲的情况。

3D-Nylon12技术：这是Shapeways公司研制的新型3D-Nylon12打印机，该机利用聚酯、酰胺类原材料，就能打印出结实时尚的比基尼泳衣，也可以打印出网格状充满时尚感的运动休闲服与体操服。

3D-Biosynthesis技术：最近伦敦设计师沙姆斯·亚丁和研究人员基于可再生合成原细胞微粒优势的原理，利用3D 打印技术开发了一款能在一夜之间自我修复的生物跑鞋“阿米巴”，这种跑鞋能够对压力、运动、光或热产生反应，犹如穿着者的皮肤一样贴身、舒适，且具有自动修复损伤功能。未来人们将对生物服装的社会化3D制造和个性化生产具有广泛需求，可以说3D-Biosynthesis技术的市场前景相当乐观，潜力非常可观。

三、3D文体用品市场发展动向

作为一种全新的制造方式，3D打印文体用品的确正在给传统的文体用品制造业带来深远的影响。相对于传统文体用品的机械加工，3D打印具有以下突出特点：一是原材料利用率提高，生产废料减少；二是产品形状结构的设计自由度大幅提高，并且形状复杂度的提高几乎不会带来额外制造成本；三是制造流程简化，制造的数字化程度和设备的通用性水平进一步上升。

基于这些技术的特点和延伸性优势，仅从产品供给方分析，文体用品制造业近年来致力于产业转型升级，普遍应用3D人体测量技术、大规模定制技术、敏捷制造技术、一次成型技术等高新技术，形成了相当的应用基础。另一方面，3D打印机制造业在许多国家越来越得到重视，欧美有些国家服装业建立了3D打印技术产业联盟，也形成了一定的技术基础。

根据咨询公司Wohlers Associates 的统计，2014年全球3D 打印产品（设备+服务）的销售总额已经达到45.4亿美元，近十年时间里以年均27%的速度高速增长。该机构预计未来5～10年全球快速成型市场将继续以年均20%的速度膨胀，预计至2024年，3D打印市场规模可达150～200亿美元的总量。

根据2014版的Wohlers显示，2014年在全球3D打印市场45.4亿美元的规模中，相比2013年增长了40.5%。其大体分布概况是欧洲约13亿美元，美国约16亿美元，东亚地区所占份额约10亿美元。另一方面，面向产业的3D打印机设置台数按国家进行统计的话，美国占37.8%，位居第一，其次是日本占9.5%，第三位德国占10.4%。

近年来，3D打印市场高速发展，民用3D打印市场也已开启。根据市场研究机构Frost&Sullivan发布的《2014年全球3D打印市场研究报告》显示，从2011年到2014年，全球个人3D打印设备销售量呈现爆发式增长，销售量从14987台猛增至43227台，增幅接近335%，大幅超过商用3D打印设备增速。Frost&Sullivan指出，各国民用级的3D打印市场可以分为两个部分，一是为全国众多传统数码图文店的转型升级提供契机，使其为消费者提供专业、个性化的3D打印服务。二是面向电脑城、大卖场等传统渠道，消费者可以自行购买3D打印设备使用，同时大量SOHO族也可以借此进行个体创业。

世界3D打印技术产业联盟秘书长、中国3D打印技术产业联盟执行理事长罗军表示：现在中国还是3D打印技术的起步阶段、产业化的初级阶段。未来3－5年将是中国3D打印技术最为关键的发展机遇期，如果推进顺利，2015年同比翻一番没有大问题，2015年全国3D打印产业整体的销售规模有望达到80至100亿，到2016年产值将达百亿元人民币。

另据Frost&Sullivan发布的调研信息，全世界3D打印市场到2030年的市场将达到700～1500亿美元；而不断的技术进步会让价格不断的下降，到2020年，一般3D打印机的价格将会比家用电脑更便宜，那样对于它在文体与情趣用品行业的发展将有巨大的潜力。

四、3D文体用品前景展望

展望未来，3D打印是以数字化、网络化为基础，以个性化、短流程为特征，实现直接制造、桌边制造和批量定制的新的制造方式。其未来巨大潜力的生长点表现在：与生物工程的结合，与艺术创造的结合，与消费者直接结合。从市场角度分析，由于人民生活水平的提高，娱乐与休闲、运动与健身健美等消费水平将不断提升；另从社会时尚观念分析，人们的时尚观念将会不断增强，社会对文体用品的社会化制造和个性化生产具有越来越广泛的需求，可以说市场前景乐观，潜力可观。再从产品供给方分析，文体用品制造业将会不断致力于产业转型升级，高新技术普遍应用，形成了相当的应用基础。

所以，3D打印技术将会对文体用品产业、消费者、市场形态和全球经济产生以下重大影响：

影响1——文体用品的本土化。正如微型博客Twitter创始人比兹·斯通预言：“耐克可能在十年内成为一个纯粹的软件公司。”如果发生这样的情况，就是因为3D打印技术——未来你所知道的一切都将向你靠近。比如说，有一天你在家发现健身机上的一个零部件坏了。你只需要在网上查一下，在家或者你附近的3D打印商店打印出来，然后替换这部分。又如你女儿长大后跑鞋穿不下，利用3D打印可对旧材料进行回收并打印出一双大一号的新的跑鞋。于是在世界各地，数字3D打印工厂将成为全球生产网络中的一个连接。被称为直接数字制造的本土化零部件和成品更适合使用，将会比现在的全球采购更有效。

影响2——定制产品材料。定制文体用品材料将会成为可能，甚至打印文体用品将发生质量革命。比如有远见的企业家丹尼尔博士斯托里亚洛夫喜欢尝试利用石墨烯进行3D打印健身球，那是一种非常灵活的，透明的，但是强度是钢的100倍的物质。在未来，运动医师将会使用3D打印为残疾运动员创建竞赛关节置换手术；甚至选用的材料就会设计成本身包含超强运动时具有止痛药和抗生素的特效。

影响3——减少文体用品制造业对环境的破坏。传统的制造往往是浪费和肮脏的。在许多方面，3D打印将会减轻浪费和碳排放。比如3D打印只使用构成产品的材料，极大地提高了原材料的利用率，大大减少材料浪费。在传统经济中，很多产品往往要经过长途跋涉才能到达消费者手中。随着3D打印的普及，生产和装配可以在当地进行。只有原材料才是唯一需要运输的东西，而且它们占用更少的运输空间。另外，3D打印技术能够帮助公司实现按需生产，所以可以大幅度减少产品库存以及过时产品造成的浪费。还有3D打印的产品部件损坏后使用者可以再打印一个新的，所以整个产品没有被扔掉，也减轻了产品生产商技术服务的压力。

影响4——革命性大规模生产。大规模生产文体用品是3D打印面临的最大挑战，但随着采用大型3D打印机的使用和技术的迅速发展，以更快的速度制造零件的打印机将彻底打乱传统文体用品制造业。比如体育用品：运动部门使用的机械设备与体育用品往往是高度定制化，而且容易更换的。现在已经能够3D打印高尔夫球杆、跑鞋、户外运动装备等，所以3D技术进入这个行业只是时间问题。又如电子文体用品，小尺寸、形状规则和材料简单使得这个行业天然的适合3D打印制造。再就是玩具，家用3D打印机和开源设计将改变孩子们创造和游戏的方式。

影响5——应用纳米理念。哈佛大学的珍妮佛·刘易斯和她的团队利用3D技术打印创造的锂离子电池。它像一个普通的电池，但这种电池和一粒沙子一样大！像这样的电池可用于小型体育设备，小型文具设备，甚至小型机器人。3D纳米打印可以快速打印出原型的微型和纳米结构。应用3D打印概念，纳米技术将使文体用品加工速度更快和更有效，因此在经济上比大多数未来主义者的想像可行。

影响6——目标导向设计。3D技术允许打印文体用品应用无限复杂的几何材料，因此可能成为人类有利的限制因素。目前，计算机辅助设计（CAD）工具用于手动创建文档和分析设计。开始你要有明确的目标因素，如力度、重量、耐久性和计算机生成上百的设计的可能，根据目标导向为不同的目标推荐最好的设计。结合3D可以打印的无限形状和材料以及强大的计算机设计，没有人可以想象，在将来最好的文体用品设计师不是想出最好的设计的人，而是懂计算机的人。

影响7——改变生活方式。人类喜欢让自己的生活变得更加便利。如今个人用与家用3D打印机正变得更小，更便宜。人们可以用它打印定制健身健美用品、体育运动用品、玩具、办公与学习文具等。当这些文体用品出现问题时，他们也可以打印出零部件更换，而不是下订单等它们运过来。

影响8——创建新的艺术媒介。“创客（Maker）”运动正在变得越来越小众，现在我们可以把它叫做手工运动。3D打印机正在被用来创造创建一种新的现代文体用品艺术形式，比如艺术家奥斯科维奇在2014索契冬奥会开幕的“俄罗斯之梦”向观众展示的3D头饰。

影响9——3D教育创新。最近MakerBot在众筹网站上公布了“MakerBot学院”计划，希望能募集足够数量的最先进3D打印机送给美国的每所学校。MakerBot公司首席执行官 Bre Pettis在公告中说：“各项3D打印技术可以整体改变年轻人看待美国的教育创新和制造新模式。”该公司最近还宣布了一项计划，把高校变成MakerBot创新中心。首个MakerBot创新中心位于启动纽约州立大学，该中心配备30台3D打印机以及一些3D扫描仪，以帮助教师与学生们参与打印所需要的体育教学用品、办公用品、娱乐与学习用品等，并帮助学校对工程师、建筑师与艺术家的教学与培训。

影响10——第四维4D打印。现在你可以看到3D打印带给我们的改变，但是你准备好4D打印了吗？有了这个技术，在未来环境发生变化的个时候，你可以打印一个4D文体用品，它可以自动的装配或改变形状，比如温度或者湿度。这是第四维，这项技术是有麻省理工的SkylarTibbits首创的，并且已经为文体用品行业和消费者带来广泛的影响。如果你要开始跑步，鞋子会变成运动鞋；或者当你走在草地上散步健身时，又会成为夹板鞋；或者当下雨的时候你仍在运动中，脚上的运动鞋更会变成防水的雨鞋。虽然这项技术是全新的，但是它以后会成为3D打印的一个全新的维度。（译自美国杂志《事实与生活》2015年8月刊，本文作者为：美国体育用品制造商协会首席顾问、哥伦比亚大学产业经济学教授。全文完）

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