作者簡(jiǎn)介：張?zhí)煲恚?982-），男，北京人，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，從事以光電和互聯(lián)網(wǎng)為主的電子信息制造及服務(wù)業(yè)發(fā)展的新業(yè)態(tài)、新趨勢(shì)研究。

摘要：3D打印技術(shù)這一新概念的普及和市場(chǎng)的興起，3D打印機(jī)的更新?lián)Q代速度也將會(huì)隨著市場(chǎng)的需求加快，3D打印可以使美夢(mèng)成真。

關(guān)鍵詞：便宜；食品領(lǐng)域；個(gè)性化定制

傳統(tǒng)機(jī)床的銑、車(chē)、鉆等工藝都是切削加工的工藝，算是“減材制造”，而最近興起的3D打印技術(shù)則是通過(guò)原材料的堆疊，逐層加工形成預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀。這種“增材制造”的技術(shù)具有節(jié)約材料、低成本、快速適應(yīng)和定制化的特點(diǎn)，儼然成為開(kāi)啟第三次工業(yè)革命序幕的新技術(shù)。

一、3D打印的三大優(yōu)勢(shì)

一般認(rèn)為，在生產(chǎn)一件產(chǎn)品的同時(shí)，想要實(shí)現(xiàn)又好又快又便宜是非常困難的，通常只能達(dá)到三分之二的預(yù)期效果，但是3D打印恰恰可以使美夢(mèng)成真。

1、好。3D打印脫離了傳統(tǒng)車(chē)床的制造工藝，技術(shù)人員不再拘泥于每種機(jī)器只能做一種加工的限制，從加工手段上打開(kāi)了無(wú)限的設(shè)計(jì)空間；而在操作手法上，對(duì)熟練工的要求轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)電腦軟件的操作和對(duì)機(jī)器的校準(zhǔn)，無(wú)需經(jīng)過(guò)多年的學(xué)藝就能掌握完整的操作流程；從材料角度來(lái)看，一件產(chǎn)品往往不是由單一材料制成的，3D打印可以簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)材料組合；最重要的是結(jié)合了3D掃描技術(shù)，技術(shù)人員可以將實(shí)體世界的形狀掃描成可編輯的設(shè)計(jì)文檔，并借助3D打印技術(shù)獲得精確的復(fù)制。這些新的變化，都降低了3D打印操作的門(mén)檻，更容易獲得令人滿意的產(chǎn)品。

2、快。3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)一體化成型，通過(guò)省略組裝環(huán)節(jié)的方式縮短了供應(yīng)鏈，同時(shí)減少相應(yīng)的勞動(dòng)力、運(yùn)輸成本和由此帶來(lái)的能耗和污染；3D打印機(jī)雖然體積不大，但可以生產(chǎn)比自己大的物體，并且便于移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)就近生產(chǎn)，也提高了生產(chǎn)效率，大大縮短了制造時(shí)間。

3、便宜。3D打印是逐層疊加的制造工藝，因此最終產(chǎn)品的成本與所制造物體的復(fù)雜程度和產(chǎn)品的多樣性無(wú)關(guān)，其成本取決于最終產(chǎn)品的實(shí)際體積，即消耗原材料的用量。與此同時(shí)，作為增材制造的3D打印，改變了傳統(tǒng)塑料和金屬制造中邊角料嚴(yán)重浪費(fèi)的現(xiàn)象，幾乎可以被稱(chēng)作“凈成型”的制造，在節(jié)省成本的同時(shí)達(dá)到了環(huán)保的功效。

二、3D打印的主要代表性應(yīng)用

3D打印憑借其顛覆性的生產(chǎn)工藝徹底改變了產(chǎn)品加工制造的思路，更將許多以前的不可能變?yōu)榭赡堋?D打印除了可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)加工技術(shù)無(wú)法完成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以外，還可以在食品和個(gè)性化定制等領(lǐng)域發(fā)揮無(wú)限潛力。

1、食品領(lǐng)域。在3D打印機(jī)研發(fā)的過(guò)程中，研究人員意外地發(fā)現(xiàn)，蛋糕面粉是工程設(shè)計(jì)原型和打印參數(shù)調(diào)控的理想材料，這是因?yàn)榈案饷娣蹆r(jià)格低廉，種類(lèi)繁多，可溶于水，又便于清洗，所以迅速成為3D打印實(shí)驗(yàn)的原料替代品。

利用3D打印技術(shù)制造巧克力、漢堡包或者曲奇餅干，可以獲得不同以往的新奇功效。一是通過(guò)3D打印可以獲得精準(zhǔn)量化的食品，適用于對(duì)飲食有特別要求的糖尿病患者或減肥人士。二是可以設(shè)計(jì)個(gè)性化的巧克力和餅干造型，甚至可以在內(nèi)部設(shè)計(jì)文字，只有被咬開(kāi)以后才能被“意外”地發(fā)現(xiàn)。這種內(nèi)部定制信息的食品，相信會(huì)擁有巨大的市場(chǎng)空間。三是對(duì)需要烤制的食品，可以在打印的同時(shí)進(jìn)行加熱處理，使其保持預(yù)期的形狀，打印完畢可以直接上桌。當(dāng)然， 3D打印出來(lái)的食品也有問(wèn)題需要解決。首先是原材料，是否各種食材都能被預(yù)先設(shè)計(jì)為可打印材料，這是個(gè)門(mén)檻；其次是加工工藝，現(xiàn)在看來(lái)，3D打印如何與煎、炸、蒸、煮相結(jié)合，制作出花樣更豐富的飯菜，也還需探索；最重要的是，食品以色香味為最優(yōu)先的評(píng)價(jià)指標(biāo)，經(jīng)過(guò)各種加工的食品，口感上難以避免與新鮮食品有所差距。

2、個(gè)性化定制。3D打印區(qū)別于傳統(tǒng)工藝的最大特點(diǎn)是能夠以低成本進(jìn)行個(gè)性化定制，免去了昂貴的模具費(fèi)用，只要選擇合適的材料就可以一次成型，無(wú)需繁瑣的加工過(guò)程。

3D打印的人物像已經(jīng)在市場(chǎng)上可見(jiàn)，有些醫(yī)院可以為準(zhǔn)媽媽送上一個(gè)腹中胎兒的3D頭像作為紀(jì)念。醫(yī)療用的牙齒矯正器、假肢相信也將于不久之后得到推廣使用。目前正在抓緊研究的是3D打印人體的軟骨組織和器官組織，這些組織不僅需要特定外形，還要能勝任一定的“生理任務(wù)”。研究人員使用活體細(xì)胞打印成所需的形狀以后，還需要提供環(huán)境使其生長(zhǎng)成熟，再經(jīng)過(guò)一系列“打磨”和“壓力實(shí)驗(yàn)”使其在植入人體以后能發(fā)揮功效。

個(gè)性化定制的出身就是小眾市場(chǎng)，對(duì)服裝鞋帽之類(lèi)產(chǎn)品，為特定人群量身定做才是正道。比如跑鞋的生產(chǎn)，可以先通過(guò)3D掃描技術(shù)獲得運(yùn)動(dòng)員雙腳外形的信息，通過(guò)人體工程學(xué)和跑鞋加工工藝的數(shù)據(jù)分析，能夠得到該運(yùn)動(dòng)員專(zhuān)屬的跑鞋數(shù)據(jù)，并通過(guò)3D打印生產(chǎn)而得，這應(yīng)該就是傳說(shuō)中的完美產(chǎn)品了。

三、3D打印的發(fā)展瓶頸與機(jī)遇

目前在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有許多研究機(jī)構(gòu)在開(kāi)展3D打印的研究和應(yīng)用，也有來(lái)自國(guó)外的3D打印店落戶大街小巷挖掘市場(chǎng)的第一桶金。但輝煌之下，還要看到潛在的風(fēng)險(xiǎn)和未來(lái)的機(jī)會(huì)。

一是材料工藝、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一?，F(xiàn)在的3D打印還處在百家爭(zhēng)鳴的階段，各廠商材料和工藝的匹配、設(shè)計(jì)文檔和軟硬件設(shè)備的匹配都存在缺陷，需要國(guó)家或行業(yè)聯(lián)盟進(jìn)行整合，規(guī)范和統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；二是3D打印這種分布式生產(chǎn)的模式，將帶來(lái)更多關(guān)于商標(biāo)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的問(wèn)題；三是由于目前技術(shù)尚不成熟，因此3D打印產(chǎn)品的質(zhì)量安全，甚至是產(chǎn)品本身所帶來(lái)的公共安全都可能給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)隱患。

有挑戰(zhàn)才有機(jī)遇，對(duì)于企業(yè)而言，可以重點(diǎn)關(guān)注以下環(huán)節(jié)。一是投資與3D打印配套的材料和凝固工藝研發(fā)，探索具有一定普適性的材料和工藝?？梢躁P(guān)注國(guó)內(nèi)參與3D研發(fā)的高校和科研機(jī)構(gòu)，也可與從事涂料、材料等專(zhuān)業(yè)進(jìn)行跨領(lǐng)域合作，甚至國(guó)外將大理石粉末用作3D打印材料的案例。二是探索在“模具替代”領(lǐng)域的應(yīng)用，如汽車(chē)零配件設(shè)計(jì)和其他五金橡膠產(chǎn)品的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)于這類(lèi)應(yīng)用應(yīng)嘗試創(chuàng)新模式，如與地方政府共同搭建3D打印創(chuàng)新設(shè)計(jì)服務(wù)平臺(tái)，爭(zhēng)取政府資金共同服務(wù)于當(dāng)?shù)仄髽I(yè)。三是全面把握3D打印行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，積累相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)信息，可以為相關(guān)企業(yè)提供行業(yè)咨詢和知識(shí)產(chǎn)權(quán)法律服務(wù)（如專(zhuān)利代理等）。在3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈中，處于最末環(huán)節(jié)的面向消費(fèi)者的體驗(yàn)店，雖然有獲利機(jī)會(huì)，但畢竟前期投入大，競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)激烈，風(fēng)險(xiǎn)較大，若沒(méi)有充分積累和把握，應(yīng)謹(jǐn)慎介入。

現(xiàn)階段，由于3D打印技術(shù)尚處于開(kāi)發(fā)和摸索階段，從市場(chǎng)上獲取的數(shù)據(jù)來(lái)看，3D打印設(shè)備的生產(chǎn)仍然以基本的功能為主要側(cè)重點(diǎn)。即使是不同的品牌和型號(hào)，3D打印機(jī)的尺寸，使用材料和價(jià)格并不存在很大的差距和個(gè)性化。

對(duì)于想要致力于3D打印行業(yè)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，打印機(jī)這一固定資產(chǎn)的投入成本會(huì)比較大。然而現(xiàn)階段隨著3D打印技術(shù)這一新概念的普及和市場(chǎng)的興起，3D打印機(jī)的更新?lián)Q代速度也將會(huì)隨著市場(chǎng)的需求加快，因此，企業(yè)不宜在創(chuàng)立階段投入過(guò)多的資本購(gòu)置打印機(jī)，更適合采用租賃的方式取得3D打印機(jī)的使用權(quán)，這樣可以避免技術(shù)和產(chǎn)品更新所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和損失，提高企業(yè)的盈利和效益。