3D打印產業難以擴張的幾大“內幕”

3D打印也稱為“增材制造”，它是新興的一種快速成型技術。與傳統的減材制造工藝不同，3D打印是以數據設計文件為基礎，將材料逐層沉積或黏合以構造成三維物體的技術。現代意義上的3D打印技術于20世紀80年代中期誕生于美國。以3DSystems和DTM公司為代表的一批美國中小科技公司在20世紀80年代末-90年代初相繼研發出立體光固成型（SLA）、選擇性激光燒結（SLS）和熔絲沉積造型（FDM）等主流技術路線，經過20多年的沉淀和不斷完善已經日臻成熟。

　　3D打印與傳統制造業的最大區別在于產品成型的過程上。在傳統的制造業，整個制造流程一般需要經過開模具、鑄造或鍛造、切割、部件組裝等過程成型。3D打印則免去了復雜的過程，無需模具，一次成型。因此，3D打印可以克服一些傳統制造上無法達成的設計，制作出更復雜的結構。

　　規模化生產的條件尚不具備，而且3D打印機本質是單體機，是現有產業鏈的一種方式，而不是一個制造能力總成體系（比如星際里面的主機）。

　　事實上，在二三十年前，3D打印技術就已經能用樹脂或膠等材料制作產品。近幾年，由于3D打印可處理的材料范圍擴大到了金屬材料（激光燒結技術），而且成功地將幾十年前就有的工藝技術重新組合利用，例如結合信息技術，使用激光和電子束進行表面工程和增材制造。而目前而言的發展，是由于激光和電子槍等關鍵元器件品質不斷提高。

　　而現在3D打印被炒熱很多是因為民用領域的流行，比如Stratasys在到處銷售的，讓人吐槽連連的FDM機。而在工業制成上，3D打印機的主要應用在兩個，

　　一、某些結構復雜化的零件或者制成品

　　主要是對于精度要求和工藝細節要求很高的制成品，包括小型零件和大型構件。也就是說，大部分3D打印技術可以突破結構幾何約束。并且因此，在某些結構的大型構件的加工上，不僅工藝難度相對于傳統下降，而且成本還降低。

　　比如所謂的Laser Additive Manufacturing，傳統上，在F-22的機身隔框就是由鈦合金鍛件加工而成 而LAM由于采用疊加技術，它節約了90%十分昂貴的原材料，加之不需要制造專用的模具，原本相當于材料成本1--2倍的加工費用現在只需要原來的10%。加工1噸重量的鈦合金復雜結構件，粗略估計，傳統工藝的成本大約是2500萬元，而LAM的成本僅比傳統工藝要降低很多。

　　包括我朝也有這樣的例子，王華明團隊的在“大飛機計劃中”，大型客機C919機頭工程樣機的鈦合金主風擋整體窗框，就是用3D打印技術生產的，只花了55天，零件本錢不敷20萬美元。

　　二、某些行業的應急制品或者快速制成品

　　最簡單的是軍用上，給予機械維修團隊，就地加工一些制成品來保證緊急狀況下的機械平臺維護，在大部分情況下，陸戰坦克，裝甲車在受到損害后，超過一定比例，就因為成本原因，直接廢棄掉了。3D打印可以解決這些問題，當然給予行軍途中，在后勤緊張的時候，快速制成一些用品更不用說了。

　　舉些例子，比如醫用領域最著名的就是通過3D打印，打印高精度的模型，來輔助治療。比如， Stratasys Solidoodle2 可以用來打印病人的體內器官或者組織模型，輔助制定精確的手術方案。

　　而無需與生物組織相容的外部肢體，醫用3D打印可以進行深度定制。 體外醫療器械包括醫療模型、醫療器械——如假肢、助聽器、齒科手術模板等。根據美國組織AmputeeCoalition的統計，目前美國正有約200萬人使用3D打印假肢。

　　而更高端一點，比如還完全不成熟的細胞打印， Organovo公司宣稱用3D打印機完整打印一個有正常生命機能的肝臟，為肝臟移植患者提供幫助。公司先通過獨特的細胞3D打印技術，在細胞培養基座中打印出肝臟所需的細胞組織，然后再在培養皿中進行培養，并生成正常形狀和機能的肝臟，然后便可以移植到人體中，進行身體解毒和排毒等正常代謝功能。不過，該肝臟的生命周期只有40天左右。

　　而航天上的應用，主要集中在NASA的項目上，NASA主要在冷卻、包裝和屏蔽電子的物體上使用3D打印技術。例如，航天器的電池盒是使用熱塑性聚醚（PKK ）3D打印的。

　　而無法規模化的原因在于：

　　1、生產模式的效率問題

　　單體的一體化成型的效率，肯定是比不上“行業內分級零件加工+組裝”的效率的，因為后者是在調動整個制造業體系的產能，半成品加工和分級加工可以把工序效率做到幾乎最高，相當于整個業界就形成了一個流水線。而單體的一體化成型，工作流程是完全固定的，無法形成此類產業效應，且目前的3D打印機體無法承受長時間，高強度的負荷。且單體機做生產，維護費用和難度是遠遠高出傳統工藝把產業鏈平攤開的做法。

　　2、材料問題

　　首先，材料應用導致的工藝問題。

　　因為需要預先制成專用的金屬粉末；打印出的金屬制品致密度低，最高能達到鑄造件致密度的98%，某些情況下低于鍛造件的力學性能，當然在某些構件，比如大型鈦合金構件上（比如比較熱的航空行業），是完全能夠滿足力學性能的，但總體狀況，值得商榷；某些打印制品表面質量差，精度2-10μm，需要打磨拋光機加工等后處理；3D打印具有復雜曲面的零部件時，支撐材料難以去除。

　　其次，材料的適用范圍的問題。

　　目前，工業領域能用的就適用的金屬材料只有10余種，鋁硅合金、鈦合金、鎳合金和不銹鋼比較成熟。新一點的東西的話，有3DXNano ESD碳納米管燈絲，3DXNano是基于CNT（碳納米管）的技術，可用于打印一些關鍵零件如在汽車，電子/電氣，工業，以及需要靜電放電（ESD）保護和清潔高水平市場。該材料是由100%的純ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）樹脂和多壁碳納米管的制造。

　　3、成本問題

　　當然這個成本主要是剛才提到的如果長期，高負荷運轉的單體機的維護成本，導致規模化生產的成本過高。還有就是材料——零件類型的深度定制化的模式，實際上不是一個成本低，而且市場廣闊的生產模式。

　　不過，個人覺得首要問題，是目前3D打印行業，要精準定位下旗下產品的市場類型和受眾，行業內將市場推廣開來，可能是需要馬上解決的事情。3D技術在好幾年前很就有很多的手辦公司開始接觸了，最先使用到的應該就是鋼普拉了，然后手辦公司也開始漸漸的使用到了這個技術，比如一些武器道具類的，武器道具雖然也可以直接用手工制作，但是在精度和對稱度上遠遠比不上3D打印的。