开放式创新社区对3D打印机设计的影响

张祎

摘要：诞生于开源世界的桌面级3D 打印机的设计很大程度受到了开原创虚拟社区的影响。开放式创新社区成员出于对产品的热爱自发地开展了创新活动，贡献了大量的优秀创新案例，同时也为设计者提供了设计思路。文章在亲社会行为和免费创新理论的视角下尝试解释了社区内创新的来源，并提出产品设计及社区运营的建议，为桌面级3D 打印机的设计提供了新的思路。

关键词：3D 打印机产品设计开放式创新社区免费创新

起源于1940年代的数控机床由于复杂的构造和高昂的价格使得很难为普通人所拥有。随着微电子学和集成电路的发展，芯片的运算能力变得越来越强，以往需要占用整间屋子的计算机现在可以被集成到指甲大小的集成芯片上，以往高不可及的尖端技术，现在也可以成为人们日常使用的工具。在技术进步之外，另一群人也在为尖端技术平民化而努力，他们就是支持并为开源领域奋斗的极客们，而桌面级3D 打印机就是他们的杰出成果之一。3D 打印的普及使得个人创作者和设计师的工作流程发生天翻地覆的改变，设计方案从原来的图纸变成了虚拟的数据。加之互联网的普及使得人们的沟通更加便捷，交流的内容更加地丰富，3D 打印机作为可以将数据转化为实物的加工设备，极大地拉近了数据与实物之间的距离。作为一个诞生在开源世界中的设备，桌面级3D 打印机是由分散在世界各地的创客们共同构建的，而开放式创新社区作为桌面级3D 打印机的诞生空间自然对其发展有着无法忽视的影响。那么如何才能更好地利用开放式创新和社区，将大众智慧转变为产品升级的动力。文章将通过分析Tthingiverse社区中创新行为对桌面级 FDM 3D 打印机的影响，以亲社会行为、免费创新理论为基础，探讨如何利用开放式创新社区获取桌面级 FDM 3D 打印机的创新设计思路及用户需求，并尝试总结设计方法。

一、桌面级 FDM3D打印机

（一） 桌面级 FDM 3D 打印机的定义

3D 打印，又称快速原型技术，是一类加工方式的统称。此次研究仅针对的是桌面级 FDM 3D 打印机。 FDM （fuseddepositionmodeling），即熔融堆积成型技术，由 ScottCrump 于1989年发明，是一种常见的3D 打印成型技术，有着成型速度快、成本低廉等优点。桌面级（Desk-top）是对一类小型设备的统称，桌面级3D 打印机是指针对于个人或家庭使用的3D 打印机，与之将对的工业级3D 打印机是指针对于工业生产的3D 打印机。世界上第一台桌面级 FDM 3D 打印机是由美国 Stratasys 公司于2002年发布的 Dimension 型3D 打印机，2008年世界上第一个开源桌面级 FDM3D 打印机项目Reprap上线，Reprap项目主打可自我复制理念，彻底改变了桌面级 FDM3D 打印机的走向。

（二） 桌面级 FDM 3D 打印机的现状

随着“3D 打印楼房”、“3D 打印汽车”等新闻被媒体广泛宣传，3D 打印技术已经被大眾熟知，许多课外培训机构将3D 打印技术结合进自身课程之中，作为招生宣传点。

作为工业生产的技术类目，3D 打印的技术种类多种多样，技术特点对应了不同的生产需求， FDM 作为其中的一种，凭借着其特有的优势在学校、小型工作室和个人家庭领域得到了广泛的应用。

从材料方面， FDM 技术作为出现较早的3D 打印工艺，其技术发展较为成熟，在市场不断扩大，使用范围越来越广泛的情况下，打印材料的成本也在逐步降低。工业领域常见的树脂固化（Sla、dlp）和粉末烧结（Sls）技术，因其技术的特性，设备功耗较高、占地较大，且其材料本身也不适合在没有防护的密闭空间内操作。FDM 技术的打印耗材为1.75mm 直径的合成自植物淀粉的塑料丝，挤出设备将塑料丝加热至200℃时挤出并冷却成型，加工过程中没有毒害物质释放，较为适合在家庭环境中使用。

操作方面，市场的扩大使得更多地资源投入到了技术的开发之中，从之前的需要用到命令代码代操作打印机到现在的一键操作，远程操作并查看打印进度，使用便捷度有着很大的提升。三维建模一直以来都是3D 打印的一大隐藏门槛，但随着三维 CAD 技术的学习成本降低及三维扫描的普及，桌面级3D 打印机的需求量在逐步增长。

市场方面，桌面级 FDM 3D 打印机的售价分布从200至2000美元，其中，Ultimaker、Makerbot、Prusa3D 等国际品牌的产品对市场有着较大影响。近些年国产品牌进步迅速，Anycubic、创想三维、闪铸等品牌逐步占领国外市场，国产品牌主打200-500美元的入门级机型，凭借优秀的产品质量，在国内外市场广受好评。

二、开放式创新社区与开源3D打印机

开放式创新社区 （OpenInnovationCommunity， OIC）是以混合文化（RemixCulture）为基础的线上社区，混合文化是一种赞同并鼓励将现有的创新方案当作素材，根据实际需要加以拆解，并重组成全新方案的一种创新思想。开放式创新社区作为一种新兴的创新模式在近些年受到了广泛关注，用户在社区内发表自己的创见，使得企业可以多方面了解用户的需求，现已成为企业发掘创新思路的重要途径。开放式创新社区的用户们因为共同的爱好聚集到一起，用户间的沟通与交流有益于对现有创新方案的完善。开放式创新社区的开放体现在两个方面，一是对成员的开放，任何人都可以经过简单的注册成为开放社区的一员，在社区中分享交流或者潜水（只浏览，不互动）;另一方面是对于创新的开放，在这里，成员可以任意使用、修改、组合他人的设计作品，相应的，每个成员上传的作品都将被默认为遵循创作共享协议（Creative Commons ， CC）。这种开放的基因使得开放式创新社区充满了创新的活力，也避免了为因为著作权等因素对创新的阻碍。Thingiverse是3D 打印领域最知名的开放式创新社区和模型分享网站。在这里，人们可以分享自己的设计图纸，交流自己的研究成果。与此同时，人们也可以免费下载他人的设计作品，甚至可以对他人的作品进行修改再发布。Thingiverse的管理者是3D 打印机制造商Makerbot （MakerBotIn- dustries，LLC）。Makerbot是由布雷·佩蒂斯（BrePet- tis）等人在2009年创立的桌面级3D 打印机制造商，是著名的开源3D 打印机项目 RepRapProject 的一个分支。Re- pRapProject 是诞生于英国巴斯大学（UniversityofBath）的一个开源3D 打印机项目，该项目强调机器的自我复制，在创立之初就受到了开源世界的追捧，在其中独立出的开源3D 打印机控制程序 Marlin 已经成为了现阶段主流的3D 打印机控制程序。现如今，桌面级3D 打印机已经成为了国内外创客必备的工具之一。作为工具，打印机可以帮助创客快捷方便地打印出实体模型来验证设计的可行性。作为电子产品，同电脑主机一样，其产品本身也有着很多方面吸引着用户，对所拥有的打印机进行改装成为了创客们的关注热点。通过理清开放式创新社区对于3D 打印机的影响，总结基于开放式创新社区的创新规律，可以帮助企业了解到用户更为深层次的需求，有利于企业把控产品的进化方向。

三、开放式创新社区的创新行为分析

开放式创新社区的创新模式不同于传统，其独特的社区模式及共享创作协议的存在使得社区内的创新氛围保持着很高的开放性。作为自发形成的网络社区，其创新行为大多为自愿行为，并且其中不乏观点新颖，实现深入的作品。那么探究开放式创新社区的内在创新动力的意义显得尤为重要，下文将以Thingiverse社区的创新行为为例详细分析。

（一） 亲社会行为角度

亲社会行为又叫利社会行为，是指符合社会期望但对行为者本身无明显好处、而行为者却自觉自愿给行为的受体带来利益的一类行为。将自己的精心设计的三维模型在社区内分享，使他人受益，或可以激发他人的灵感都可以算作亲社会行为。

有研究显示，人们更倾向于在公开场合展现自己的亲社会行为，在有助于他人的同时还可以加强自身形象在人们心中的印象，以获得自我肯定。

在开放式创新论坛中存在主动贡献群体和反应贡献群体两种亲社会行为群体，主动贡献群体是指发布原创信息供他人使用的群体;反应贡献群体指的是在他人发布的创新信息下点评的群体。这两类贡献行为表现都是维持在线产品创新社区发展过程中不可或缺的，从亲社会行为理论来理解，都属于自愿利他、帮助他人的行为。

同行认可是亲社会行为的一种，简单来说就是对某用户贡献的简单承认，或者关于这个贡献更为详细的响应。这是一种非常有效的虚拟激励手段，对于用户持续创新有着非常重要的正面激励作用。同时，用户也会自行寻找同行激励。一位叫做 Scottyu-jan的 YouTube 视频博主发布了一条名为《对 ender3打印机的24项升级改造》的视频，该视频在半年的时间里获得了近150万的点击和近3000条评论。在他所展示的24项升级改造方案中，全部的改造模型都来源于Thingi- verse ，在其中的前面板 SD 卡插槽改造中，为了适应自己的需求，他将在Thingiverse上下载来的模型进行了Remix，他在视频中重点表示了这是他在thingiverse上发布的第一个 Remix 作品。

（二） 免费创新角度

免费创新理论由美国麻省理工教授 VonHipple首次提出，他认为目前的创新理论中没有涵盖不需要补偿性交易就开发和推广创新成果的创新模式，但这种创新模式在改善社会福利上发挥着巨大的作用因而不能被忽略。Von 将免费创新定义为创新者以满足个人的需求为最终目的，自负时间及物料成本并将创新结果免费共享的創新行为。有研究指出，免费创新具有主体先行性、领域广泛性、奖赏独特性、成果开放性四个特性。以上特性在Thingiverse社区的创新行为中均有体现。

创新者具有先行性。免费补偿性交易为免费创新理论所关注的重点，开发商的创新普遍是带有获利预期的，因此对于是否进行一项创新的考量会涉及很多方面，要确定此项创新是否有利可图。免费创新则不同，是否开始创新完全取决于创新者的个人意愿，优先满足自己的需求是免费创新准则，因此，大量的看似没有市场前景的创新被实现。

创新奖赏的独特性。在Thingiverse社区中所有的创新成果都是开放的，创新者无法直接通过创新成果获利，持续的创新来源于创新者内在的自我奖赏。这种奖赏首先来自于满足自我需求时产生的强烈的满足感。其次，在满足自我需求，解决实际问题时所需要的能力常常超出自我的能力边界，创新者往往会为了解决问题而学习新的技能，新技能的习得会带来巨大的成就感。最后，共享的成果得到了他人的肯定时，会本能的感受到利他行为带来的愉悦。

四、社区创新案例分析

Thingiverse作为3D 打印领域的开放式创新社区，社区成员发布了大量的有关3D 打印机升级改造的设计及方案，总体来看可将设计方案分为对现有零件替换改造、对现有功能模块进行重新设计和为设备添加全新功能三大类。其中的优秀设计在社区内拥有很高的人气并对其创新机型后来的发展产生了影响

（一） 基于创想三维机型的零件替换和改造

创想三维是国内知名3D 打印机制造商，其生产的机型性价比较高，是入门和实用主义者的首选，代表机型为 Ender3和 Cr-10，其中 Ender3从2017年发布至今已经销售近100万台，是国内外200美元档桌面级3D 打印机最受欢迎的机型。

在Thingiverse社区的讨论组中，Ender3小组的活跃度长期处于前三的位置，玩家活跃度非常高。

创想三维公司在2020年发布了 Ender3系列的全新机型 Ender3 v2，该机型延续了 Ender3系列一贯的质优价廉，并对多项设计进行了优化，其中就有来源于Thingiverse社区的群体智慧。

“Ender 3/Ender 2/CrealityCR-10 Extruder Knob”是Thingiverse用户ReplayMD针对创想三维系列机型挤出机设计的送料旋钮，方便用户在更换耗材的时候调节送料齿轮。这个设计受到了官方的认可，作为最新推出的机型上的标配零件随机附送。见图1。

（二） 基于Prusa i3机型的喷头模块重新设计

Prusai3是由捷克 Prusa3D 公司推出的开源3D 打印

机，该机型首创了 I3结构，并成为桌面级3D 打印机的经典结构。Prusai3 mk3机型首创了5色混色打印功能，使得用户能用售价低廉的 FDM 打印机一体打印出多色模型，成为了 FDM 3D 打印机的一个发展趋势。

“ToranadoPrecisionGeared 1.75mmExtrud- er”是用户 Toranado3D 为Prusai3设计的近程挤出装置。该设计在Thingiverse社区中收获了近8000次收藏，成为Prusa i3小组内最受欢迎的改装模块。该挤出装置设计结构紧凑，散热风扇布局合理，并在小体积内加入了电机减速装置，能够减小电机负载，降低发热量，延长电机寿命。见图2。

（三）为设备增添新的功能

“Ender 3 DoubleDrawer”是Thingiverse用户Littlefiver发布的针对 Ender3设计的抽屉式零件盒。该设计将 Ender3前方的闲置空间巧妙地利用了起来，并且将框架型材上的安装滑槽作为抽屉的限位滑轨，限制了抽屉的滑动范围。该设计在发布后受到了Thingiverse用户的喜爱，设计模型被收藏超过5000次，同时这个设计也得到了创想三维官方的认可，在 Ender3 v2机型上出厂集成了这个设计。见图3。

五、开放式创新社区中的创新方法

开放式创新社区作为相关爱好者的网络研讨于展示平台，会产生出大量的创新思维与解决方案，更重要的是这些设计方案背后隐藏的用户需求。对社区内的创新进行合理的分析解读可以帮助设计者把握用户需求，看清产品未来的发展方向。

从另一方面，设计者用适当的手法激励社区内成员进行创新可以看作是一种更加深刻的用户需求调研。

（一） 给创新以机会

从免费创新角度，用户在社区内发布自己的创意时动力主要来源于内在的自我奖赏，这种奖赏包括但不限于更多的知名度和更多的同行认可。

现阶段，社区内成员的创意行为完全是自觉的、随机的，对于厂商或社区管理者应主动去鼓励用户创新，当用户的创新动力不足时，应当通过某一种方式来给与用户行动的动力。例如在社区中存在着各种各样的兴趣小组，这其中就包括打印机的改造小组，这里聚集着对改造打印机感兴趣的玩家们，当有人提出新的改造方案或想法时，玩家们会积极地进行讨论，并提出自己的见解与想法，和发布者一起将最初的一个想法变成一个成熟的改造方案。这样良好的交流氛围会让每一个参与其中的玩家的成就感得到满足，进而提升对产品的喜爱。

打印机厂商应该积极地融入这些小组之中，定期举办一些活动并为在活动中表现优异的参与者提供奖品，这样既能在物质方面对创新者提供奖励，又可以强化创新者内在的自我奖赏。

（二） 给创新以提醒

在浏览Thingiverse社区中成员对 Ender3打印机的改造案例中可以发现，在不同的改造方案中，玩家们不约而同地选择了对 Z 轴电机进行加固。究其原因，是 Ender3打印机在出厂设计中，Z 轴电机就留有一定的空隙，这是考虑到产品的组装便利度而做出的取舍，当用户对产品的了解加深后，就会意识到这样的设计并不是最好的设计，从而心生改造的念头。另一个大家不约而同进行改造的部位是打印机前方的零件盒。 Ender3打印机的框架采用欧标铝型材搭建，这种铝型材是工业领域常用的非标准化流水线搭建材料，可以适用多种多样的使用需求。在零件盒的改装中，玩家们利用了打印机前方的闲置空间，并以铝型材的安装轨道为滑道制作了双侧抽屉结构，方便工具与零件的取用。这样明显的“瑕疵”和“空隙”激发了玩家们创作的灵感，促成了一个又一个的创新。

（三）给创新以认证

对于社区内的创新者来说，创新作品受到关注和肯定时，会增强创新者自身的自我满足感和自我认同感，这样的自我奖赏会反过来激励创新者去寻找下一个创新的方向。打印机厂商在升级现有机型时会参考Thingiverse社区内的优秀设计，并将其整合到新产品中。如果打印机厂商在发布机器时明确声明用到了社区内某一位用户的设计并对该用户进行表彰，这样的行为会极大地满足创新者的心理需求，并对其他创新者有着很强的激励作用，促使更多的创新行为涌现。例如在苹果公司发布第一代 Mac 电脑时，将主创团队成员的签名刻在机器箱体内部，这样一个微小的操作使得每一位主创成员在心理上获得了和这台电脑更多的关联，对团队成员的心里产生了正向的激励。

六、结语

作为诞生于开源生态中的技术，开放式创新社区极大地影响了3D 打印机的发展方向。在现阶段的主流机型身上都能找到在开放式创新社区中群体孕育出的设计。由于社区开放的特性，多种观点得以碰撞，多种思想得以交流，诞生了很多影响3D 打印机技术发展的创新设计。由于3D 打印机及其用户的独特性，类似于Thingiverse的开放式创新社区在爱好者群体内部有着非常强有力的话语权，在社区内部获得用户的肯定对于该机型的销售有着决定性的影响。同时，社区成员的二次开发也会为厂商提供创意，帮助厂商完善自己的产品。

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