3D打印的缓慢进化

张云亭

一场关于3D打印的缓慢进化仍在继续。

2020年以来的新冠肺炎疫情让3D打印技术再次回归大众视野。面对医护物资短缺问题，一些设计师、制造公司利用这项技术制作防护面罩、护耳夹和呼吸阀中的关键部件，3D打印一时成为救场“奇兵”。

在不确定中寻求成长

3D打印的技术名称为“增材制造”，简单来说，是把数据和原料放进3D打印机，用过程控制物质的形状、构成和行为，将材料逐层堆积后制造出实体物品。传统制造业采用的材料加工技术多为“减材制造”，即通过切削原材料生成新产品。1986年，美国科学家Chuck Hull发明了第一台3D打印机，开启了该技术在业内的广泛应用。2012年，《经济学人》杂志在封面报道中重点讨论了3D打印技术，并将其称为能引发“第三次工业革命”的众多突破之一。

“整个行业的发展速度比我想象的要慢，我们几年前就预计会有很多家庭购买3D打印机，在工业生产中也可以大量应用，但就目前的市场来看，应用的体量还很小。”3D打印行业媒体南极熊创始人黎海雄说。

国内工业级3D打印设备制造和解决方案提供商易加三维正是这一趋势的见证者。这家公司成立于2014年，主要面向加工厂提供to B业务。凭借近30年的从业经验，易加三维创始人冯涛很早就意识到，3D打印设备的市场不应局限于模型制造，而是更广泛的产品或零部件直接批量制造。

面向不同的细分市场，易加三维配套推出了不同的设备类型。由于目前3D打印细分市场的发展程度还不充分，易加三维的3D打印设备主要限于齿科机、模具机和航空航天机三大类。这意味着，3D打印行业正在走出靠售卖标准化机器盈利的传统模式，与产业链的中下游结合得更紧密。

这一商业模式的转变并不只发生在国内市场。Materialise是一家比利时软件和3D打印服务提供商，其CEO在公司发布的2019年行业趋势报告中称，3D打印行业将由技术驱动转向应用驱动，投资人的焦点将不再是机器制造商，而是倾向于投资那些在特定领域应用3D打印创造真正价值的公司和初创企业。

面向B端的3D打印产品可以辅助传统制造业解决部分痛点，但难以实现高频率购买，自然也就无法产生规模化效应，降低成本。因此，近年来3D打印公司意识到，那些离消费者更近的行业会更多地带动3D打印行业的发展，比如齿科。

易加三维近年来的服务对象之一就是齿科企业，从2019年该公司设备销往的主要应用领域来看，尽管航空航天类占了大头，但齿科在内的医疗需求也占到总销量的25%。不论是医生用来分析牙齿整形方案的“牙模”，还是直接用于患者的隐形矫治器，都可以利用3D打印技术，通过数据扫描的方式实现个性化定制。据冯涛介绍，这些齿科企业以私企为主，规模小，热衷创新，3D打印技术可以帮助它们节省工序、人力等。

制造业巨头的实践

惠普是少数选择长期投入在3D打印技术上的制造业巨头之一。惠普此前在接受媒体采访时表示，避免像其他硬件公司一样陷入云计算发展带来的硬件销售困境，是惠普进入3D打印赛道的动因之一。

早在2010年，惠普就曾与3D打印机厂商Stratasys合作，利用后者贴牌生产惠普的3D打印机。2014年，惠普公布其自主研发的“多射流熔融”（Multi Jet Fusion）技术，并于2016年将这项技术商业化。该技术脱胎于惠普平面打印的热喷墨技术，其打印机有3个喷头，共计3万个喷嘴。惠普宣称，该技术可以将打印速度提升10倍，同时降低一半成本。

惠普2021年第一季度财报显示，第一季度惠普的营收为156亿美元，其中个人系统部门的收入达106亿美元，主要包括笔记本电脑、台式机和工作站等，其余50亿美元来自打印部门，收入增长率为7%。

尽管财报并未具体披露3D打印业务的财务状况，惠普总裁兼CEO Enrique Lores在财报电话会议上积极地表示：“在3D打印和工业图形方面，我们将继续在整个产品组合中创新，为未来的增长做好准备。我们的客户继续将多射流熔融技术用于生产级输出，我们发现整个客户群中3D打印零件的数量增长了30%以上。”

惠普的3D打印技术也应用在了医疗物资生产领域，这为全球新冠肺炎疫情防控提供了有效手段。“疫情期间，惠普在全球一共打印了400多万个关键性医疗部件，比如重症患者急需的呼吸机，我们用3D打印改善阀门设计，保证它的呼吸能力得到进一步加强。”惠普亚太及日本地区3D打印及数字化制造业务总经理Alex Lalumiere称，这类由3D打印生成医疗产品的路径，很大程度上会逐步取代原有的车床冲压加工方式。

2019年，惠普还与中国3D打印和数字化应用解决方案提供商达成合作，在矫形与康复修复领域为患者提供高度定制化服务。

寻求材料上的突破

材料被几位受访者一致视为制约行业发展的关键瓶颈。理论上，3D打印可以打出许多物品，但许多产品对材料的韧性和强度有着严苛要求，而当下的合成材料技术并未达到生产者可以“为所欲为”的程度。现有的3D打印材料通常适合打印复杂但柔软的物品，当产品在强度方面要求较高时，3D打印产品的力学结构和功能性都要重新开发。在航空航天和汽车等对性能和质量要求苛刻的行业，材料的重要性尤为凸显。

许多国外的大公司都在3D打印材料研发上加快了脚步。“以往，材料供应商对于开发3D打印新材料的热情不高，因为它们无法在商用的打印机上使用。现在，大型材料供应商正表现出它们推动3D打印技术发展的意愿，这也将促进3D打印材料稳步增长。”Materialise研发团队的材料专家Giovanni Vlemenckx表示。

畢业于清华大学美术学院的姚志锋在2016年创立了清锋科技（LuxCreo）。截至目前，这家3D打印公司共获得4轮融资，自主材料研发是其核心优势之一——基于材料研发的难度，这可能是国内3D打印企业中为数不多的实践案例。清锋科技拥有具有自主知识产权的3D打印技术光固化材料，据悉，该技术最高能实现120cm/h的打印速度，较传统3D打印速度提升近100倍。

为了实现商业化，运动鞋是姚志锋选择落地的第一个3D打印应用领域，这也是消费级3D打印市场的代表。一直以来，因面临工艺柔性高、鞋底制作复杂等问题，制鞋业迟迟无法实现自动化。姚志锋表示，按传统制鞋工艺量产一款新的鞋子，往往要经过设计、试样修改、开模等多道工序，其中最难做的是鞋底——左右脚都要开模具，还得保证不脱胶，中间每一个环节都不能出错。

以自主研发的材料技术为突破口，清锋科技通过扫描、数据输入、自动生成模型和液态树脂感光固化成型等手段，可以快速完成产品生产。在3D打印运动鞋的研发过程中，清锋科技负责鞋底的研发工作，剩下的批量生产流程由品牌方把控。

“一千双鞋的订单，如果不算返工，传统开模生产全套码数最快需要30至45天，我们一星期就可以交货。”姚志锋举出了直播卖货的例子，为了保证发货进度，普通鞋厂在直播前就需按码号生产出一定量的成品鞋，而3D打印技术省去了传统制造过程中开模、锻造、切割、零部件组装等过程，出货速度得以提升，公司还可以根据订单量灵活调整出货量。

有了数据支持，鞋底不同区域的软硬程度、回弹和减震性能都可以实现定制化，这是传统制鞋产业很难做到的。目前清锋科技制鞋仍以标准化生产为主，按照姚志锋的设想，下一阶段，客户只需要用手机APP采集脚型数据，这些数据会自动汇总到公司云端，并转化为3D打印的产品。“我们在制鞋这一块的终极目标，是实现大部分产品的定制化量产。”他说。

美国3D打印公司Carbon是姚志锋欣赏的同行之一，这家公司与阿迪达斯的合作曾引起广泛关注。2018年，两家公司合作生产了10万双名为Futurecraft 4D的3D打印鞋，每双价格为人民币2600元。事实上，早在Futurecraft 4D上市之前，耐克、安德玛、New Balance等品牌在2016年左右均已开始推出带有3D打印鞋中底的运动鞋，国内厂商匹克、李宁也在尝试用3D打印技术开发相关产品。

（编辑 宦菁 huanjing0511@sohu.com）