3D打印技術并不是一項新興的技術，它誕生于上個世紀80年代中期，算起來已經有近三十年的歷史了。但是這項技術走進大眾的視野，被人們熟知還是最近幾年的事情。剎那間各種宣傳見諸報端，3D打印也被賦予了各種歷史使命：“開啟第三代工業革命”、“顛覆傳統制造業”、“改變游戲規則”……摘去這些光環，今天，讓我們回過頭來看，3D打印究竟如何改變現有產品開發和生產方式？面對傳統制造業，這項技術究竟應該充當怎樣的角色？

　　與傳統制造互補

　　“3D打印在過去幾年增長速度可以用‘驚人’二字來形容，速度非常快。今天，3D打印主要應用在快速原型領域，同時也用來做終端產品，也就是快速制造領域。無論是在哪一個領域，這項技術都有足夠大的空間和潛力去發展，‘第三次工業革命’、‘顛覆制造業’等等這些都是不同角度的人的看法。”Stratasys大中華區總經理汪祥艮在第十五屆中國國際模具技術和設備展覽會（DMC2014）期間接受媒體采訪時表示。

　　以塑料模具行業為例，今天的模具行業主要服務于大批量的生產，比如絕大部分塑料制品都需要通過模具采用注塑成型的方式生產出來，這種方式節奏快、產量大、生產一致性高，這也是工業化生產的特點。比如一個普通的塑料飯盒可能只需要幾十秒的時間就可以注塑成型，一些小的塑料件還可以采用多型腔模具，一個循環周期可以低到幾秒鐘，一次可以生產幾個，甚至幾十個產品。相對來說，通過3D打印生產一個產品動則需要幾個小時，甚至幾天的時間，這樣的周期如何適應追求高效率、高節奏的現代化工業生產方式呢？

　　“大批量生產是一種主流的生產方式，但是還有相當多的小批量、個性化定制的產品，以及相對比較復雜的設計，通過傳統模具工藝無法實現或花費時間較長、成本較高，甚至在工藝上很難實現，或者實現不了的產品，可以通過3D打印來實現。”汪祥艮進一步解釋道。“有了3D打印，設計師可以充分發揮自己的想象力，不需要在工藝方面有任何顧慮，只要有設計創意，能夠建模，就可以通過3D打印把這個模型或者說終端產品制作出來。所以從這個角度來說，3D打印與傳統模具制造是一個非常好的互補。”

　　舉例來說，香港華美塑膠模具有限公司便采用Stratasys公司的Fortus 400mc系統為其航天業的客戶生產一些緊急的零部件。這些零部件大部分均由Stratasys的ULTEM 9085材料制成，具有強度高、輕巧、耐熱度高、阻燃等優勢，完全滿足航空航天的相關要求，因此用這種材料打印出來的零部件可以完全用于飛機上。“此外，在車間里產線上的工裝夾具，比如需要做流程上的改進，這些改進可能是工人師傅自己的想法，并沒有在外面進行推廣，就可以通過3D打印制造出來使用，這也是所謂的終端產品。”

　　香港華美塑膠模具有限公司通過3D打印技術打印的航空零部件，直接用于飛機上。

　　所有這些應用都可以看出，3D打印并無法在生產節奏和大批量方面與傳統制造相提并論，而能夠發揮3D打印優勢的是那些小批量、個性化，或者說有特定需求的產品制造領域，比如醫療（骨科和齒科）、航空航天及賽車等領域。

澳大利亞臥龍崗大學通過3D打印賽車用進氣歧管

　快速成型為主

　　當今社會，激烈的市場競爭和快速變化的社會需求大大縮短了產品的生命周期，產品的更新換代加快，生產企業面臨更大的壓力，需要以更快的速度將產品推向市場。3D打印在縮短產品研發周期方面可以發揮重要的作用。通過3D打印實現的快速成型（rapid prototyping）省去了研發階段用于生產物理模型的模具的制作，不僅節省了時間和成本——模具的制作需要較長的周期和高昂的費用，還大大簡化了整個設計流程——如果有改變可以馬上在電腦里調整，很快又可以打印出新的產品，如此反復實驗直至達到要求。

　　事實上，3D打印技術在出現的最初階段其目的主要用于樣品的制作（快速成型），滿足視覺（即視感）以及觸覺等感官方面的需求，而快速制造可以算作是技術進一步提升（打印時間、精度及材料物理性能等）后的新的應用拓展。汪祥艮表示，目前3D打印主要用于快速成型，該應用占整個3D打印的80%以上。

　　比如保溫食品和飲料容器制造商Thermos（膳魔師）公司自采用了Stratasys公司的Dimension? 3D打印機后，整個設計流程得到了大大縮短。以往，該公司設計團隊常常將原型制造外包，需要耗時3-5天的時間，而現在，他們可以以更低的成本，更快地創建出所需原型，耗時往往只需數小時，甚至幾分鐘，而成本僅為外包成本的五分之一。

正式生產杯蓋前，Thermos工程師利用3D打印原型測試其灌注性能

　　除了縮短制作周期和降低成本外，3D打印還可以幫助Thermos制作出更好的產品。“我們可以隨心所欲制作所需原型，直至產品水平達到我們的目標為止。這讓我們能夠盡可能改善杯蓋塞的嚙合度，以及杯子的灌注性能，”該公司研發工程師表示。

　　再比如在齒科領域，如果需要種植一顆牙或做一副牙，目前的做法是采用石膏模，讓患者咬一下，然后進行修改，這樣做不僅很痛苦，而且時間較長。“現在完全可以做到數據化，用手持口腔掃描儀采集數據，然后通過3D打印機把牙齒打印出來，這樣可以得到非常精確的數據，有了這個之后便可以去做牙模，然后再回到傳統工藝做出牙齒。”汪祥艮解釋道。

　　材料是門檻？

　　當3D打印技術不斷發展，從最初滿足觀感（造型和色彩），到觸感（軟硬），再到功能性需求的發展過程中，材料無疑起到了一個非常重要的作用。在材料成型后，還要解決工程應用所面對的材料性能問題，比如防腐、強度和硬度等。這就對打印材料提出了更高的要求。如果新的材料可以達到通過傳統工藝生產出來的產品的性能，3D打印的應用領域還將得到更進一步的拓寬。

　　有市場調研報告稱，目前的3D打印材料市場還處于一種不成熟的階段，高端打印材料基本由3D打印制造商控制。他們通過對自己的材料進行加密而對打印材料進行捆綁，讓用戶無法選擇其他材料。正如目前平面打印機廠商主要通過打印墨盒來鎖定利潤一樣，3D打印廠商采用這種方式來維持長久的利潤來源也是無可厚非的。不過，在汪祥艮來看，打印材料的綁定并不能看作是一種人為設置的門檻，事實上是技術本身限制了第三方材料供應商的進入。

　　“今天的一些品牌3D打印商都擁有很多種材料，比如Stratasys目前有600多種材料，它們對應了不同的應用。我們的研發團隊花了相當多的時間和精力來開發這些材料，這并不是一件容易的事。”他表示。“這并不是我們刻意設置了一個門檻，而是技術門檻已經將第三方阻擋在外。”他還指出，針對FDM工藝，市場上也有相應的材料，但是通過這種材料打印出來的產品非常粗糙。“最多打一個小玩偶玩一玩，但是在工業領域，這種材料根本達不到要求。”

　　作為領先的3D打印設備供應商，Stratasys不斷研發新的材料類型。以今年2月份Stratasys推出的全球首款彩色多材料3D打印機Objet500 Connex3為例，三種基本顏色材料結合Stratasys的PolyJet光敏聚合物材料（包括數字材料、剛性材料、橡膠類材料、透明材料以及高溫材料等），可模擬標準和高溫的工程塑料，最多可達600多種材料組合。材料的多樣性加上顏色的多樣性將3D打印的應用領域再次拓展到了前所未有的范圍。

　　3D打印經過近三十年發展已經成為一種成熟的技術，雖然實現的工藝各有不同，但是原理基本一致，已并不神秘。然而材料的推陳出新不斷給這項技術注入新的活力，也給其應用領域帶來了無限的想象力和可能性。僅從這一點上來看，3D打印未必會取代或徹底顛覆傳統制造業，但是其所帶來的影響也是前所未有的。