3D打印行業(yè)將會觸發(fā)第三次工業(yè)革命？

    根據(jù)Businesweek報道，一家跟蹤 3D打印行業(yè)的咨詢公司W(wǎng)ohlers Associates稱，如今 3D打印機的市場規(guī)模在17億美元左右。隨著銷售量的迅猛增長，公司預測，到2015年該市場的規(guī)模將達37億美元。3D打印技術的前景——這是一種新型的生產(chǎn)方式，能夠促成第三次工業(yè)革命。
　　第一次工業(yè)革命以蒸汽機的發(fā)明為標志，認為新的技術革命產(chǎn)生了流水式作業(yè)的方式，單一大批量的生產(chǎn)某種產(chǎn)品，這催生了工廠與工人，也讓制造業(yè)從原始的手工制造轉(zhuǎn)為機械制造。第二次工業(yè)革命同樣也是一次技術革命，以電力、無線電、鋼鐵和化學等領域的巨大發(fā)展為標志，在各個不同領域進步的影響下，人們的生產(chǎn)方式也發(fā)生了變化，這一次工廠不再滿足于單一產(chǎn)品的生產(chǎn)，而是轉(zhuǎn)為大規(guī)模生產(chǎn)。
　　第三次工業(yè)革命，在3D打印技術得到廣泛運用的情況下，制造業(yè)也許不再運用工廠這種將人力、資金、設備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的生產(chǎn)方式，而轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N以 3D 打印機為基礎的，更加靈活、所需要投入更少的生產(chǎn)方式。這種趨勢稱之為“社會化制造（Social Manufacturing）”，當這種方式得到廣泛的運用，那么每個人都可以是一家工廠。
　　用一張圖來形象的表明第三次工業(yè)革命會帶來的變化：

　　如果是從事著建筑和設計行業(yè)的人，他們對 3D 打印技術其實并不陌生，因為他們經(jīng)常需要用到一種叫“快速成型”的技術，將設計的原型給制作出來，展示給客戶看。在從前，這種原型的制作非常麻煩，因為工廠首先需要制作一個模具，然后把原料澆鑄在里面，這樣才能把原型制作出來。但當工廠制作完成之后，模具就變得沒有用處——這種生產(chǎn)方式浪費原料，生產(chǎn)成本自然比較高，所需要的生產(chǎn)周期自然也比較長。
　　與這種先制作模具，然后才能把設計原型制作出來的生產(chǎn)方式相比，3D 打印機擁有相當?shù)膬?yōu)異性，它能夠一次性、直接地把客戶所需要的設計原型給制作出來。由于無需經(jīng)過制作模具這一步驟，客戶能夠節(jié)約時間，工廠能夠節(jié)約成本，同時所制作出來的物體，也將和設計圖紙一樣，能夠更加精確。
　　3D 打印機能夠直接將物體“打印”出來——首先人們能夠通過電腦創(chuàng)建一個三維設計圖（通常是 STL 或 CAD 文件），然后打印機對這個立體原型進行“切片”，分成一層一層的，然后打印機開始工作，將原材料按照設計圖一層又一層的疊加上去，直到最終成型。當然，3D 打印機所使用的材料，自然不是噴墨打印機里面的墨水，而是一些可以發(fā)生固化反應的材料，現(xiàn)在可以作為原材料的東西已經(jīng)多種多樣，包括樹脂、塑料、陶瓷、金屬等。
　　實際上，發(fā)明家 Charles Hull 生產(chǎn)出第一臺 3D 打印機以來，3D 打印技術已經(jīng)發(fā)展了近 30 個年頭。而從一個為設計書、建筑師、實驗室生產(chǎn)原型的工具，到媒體、大眾所關注的議題。這種變化體現(xiàn)了 3D 打印技術在這幾十年間取得的突飛猛進的發(fā)展，設備的價格從昂貴到便宜，性能從低下到強大，設備體積從大到小，使用范圍從窄到廣。
　　最近幾年3D打印的使用范圍越來越廣。比如：3D 打印的原材料擴展到金、銀以及強度極高的鈦，還有不銹鋼；德國 Voxljet 制造了尺寸為 4m x 2m x 1m 的 3D 打印機；Cornell 大學嘗試利用 3D 打印機直接打印出食物出來；Exeter 大學的研究人員，制造出以巧克力為原材料的 3D 打印機；哈佛大學的實驗室開發(fā)可以實現(xiàn)生物細胞打印的設備；德國 Fraunhofer Institue 利用 3D 打印技術將血管給打印了出來；Loughborough 大學的一個研究小組正在嘗試讓混凝土成為 3D 打印的原材料；Organovo 開始研究如何利用 3D 打印機來打印人體器官。
　　總結(jié)以上的趨勢，那就是 3D 打印技術的部署成本越來越低，以現(xiàn)在的價格，幾乎每個人都可以擁有一臺 3D 打印機。而隨著選材范圍越來越廣，3D 打印機可制作的物品越來越多，從汽車、飛機零件，到食物，到人體器官等等。加之如今網(wǎng)絡的發(fā)達，每個人都能夠成立一個像 Sculpteo 這樣的網(wǎng)站，按客戶需求，個性化定制物品，讓“社會化制造”成為可能。
   來自南極熊3d打印

1986 年，Charles Hull 離開了原來為之工作的 Ultra Violet Products，開始成立一家名為 3D Systems 的公司，開始專注發(fā)展 3D 打印技術，這是世界上第一家生產(chǎn) 3D 打印設備的公司，而它所采用的技術被稱之為“立體光刻（Stereolithography）”，利用紫外線照射將樹脂凝固成形，以此來制造物體。到 1988 年，3D Systems 開始生產(chǎn)第一臺 3D 打印機 SLA-250，體型非常龐大：

自 1986 年之后，涌現(xiàn)了很多不同的 3D 打印技術：
      

• 1988 年，Scott Crump 發(fā)明了另外一種 3D 打印技術 Fused Deposition Modeling，并成立公司 Stratasys。這個技術的特點是它能利用臘、ABS、PC、尼龍等熱塑性材料來制作物體，具備性能優(yōu)良的特點；
• 1989 年，C.R. Dechard 發(fā)明 Selective Laser Sintering，利用高強度激光將材料粉末烤結(jié)，直至成型。這種技術的特點在選材范圍廣泛，比如尼龍、臘、ABS、金屬和陶瓷粉末等都可以作為原材料；
• 1992 年，Helisys 發(fā)明 Laminated Object Manufacturing，利用薄片材料、激光、熱熔膠來制作物體。然而該 3D 打印技術的原材料一直僅限于紙，性能低下；
• 1993 年，麻省理工大學教授 Emanual Sachs 發(fā)明 Three-Dimensional Printing 技術（非本文泛指的 3D 打印技術），利用金屬、陶瓷等粉末，通過粘接劑在一起成型。這種技術的有點在于制作速度快，價格低廉，然而成品的強度較低。1995 年，Z Corporation 獲得麻省理工大學的許可，利用技術來生產(chǎn) 3D 打印機。
• 1996 年，3D Systems、Stratasys、Z Corporation 分別推出 Actua 2100、Genisys、Z402，第一次使用了“3D 打印機”的稱謂。
• 2005 年，Z Croporation 發(fā)布 Spectrum Z510，這是世界上第一臺高精度彩色 3D 打印機；同一年，英國巴恩大學的 Adrian Bowyer 發(fā)起開源 3D 打印機項目 RepRap，它的目標是作出“自我復制機”，通過 3D 打印機本身，能夠制造出另一臺 3D 打印機。
• 2008 年，第一版 RepRap 發(fā)布，代號“Darwin”，能夠打印自身 50% 的元件，它的體積僅一個箱子大小。

從這段發(fā)展歷史中，我們可以看出，隨著 3D 打印技術的種類變多，3D 打印機可選的原材料范圍也在變廣，從樹脂到塑料到陶瓷到金屬。然而，最重要的是，3D 打印機的價格在下降，1999 年 3D Systems 的 SLA 7000 要價 80 萬美元，而公司今年年初推出的 Cube 要價僅 1299 美元。而且，Cube 性能不低，不僅支持彩色打印，還支持無線連接，免費提供設計軟件，讓平板電腦發(fā)揮設計的潛力。
      
      除了 3D System 這樣老牌的 3D 打印機生產(chǎn)商以外，一些新興的 3D 打印機生產(chǎn)商也把目標放在“低價 3D 打印機”上，比如 2009 年成立的 MakerBot，它的產(chǎn)品就只有 1749 美元。不僅如此，最近創(chuàng)立的 Soldoodle 所生產(chǎn)的 3D 打印機僅 499 美元（Basic 版）。而在 Kickstarter 上，出現(xiàn)了售價僅為 300 美元的 3D 打印機 Makibox。
       個人電腦的普及，也讓 3D 打印機的價格下降�；仡櫱拔闹� SLA-250 的外觀，我們會發(fā)現(xiàn)它就是一個工作站，不僅包括了負責將物體打印出來的 3D 打印機部分，還有負責設計的電腦部分。在 1988 年，電腦的價格不像現(xiàn)在這般便宜，也不如現(xiàn)在這般普遍，將 3D 打印機連同電腦一起賣給客戶，是當時合理的選擇。然而，時至今日，電腦已經(jīng)得到了廣泛的應用，而且性能有了長足的進步，3D 打印機不必連同電腦一起賣給客戶，價格自然得到了降低。此外，以往價格高昂 3D 設計軟件也有越來越多的價格低廉的替代品，有些甚至是完全免費的開源軟件，比如 123D、OpenSCAD、Tinkercard。這些因素都讓 3D 打印成本得到降低。
       隨著 3D 打印機的成本越來越低，圍繞著它所提供的服務也越來越多。最典型的，就像參加 CES 2012 的 Sculpteo，它允許用戶上傳或直接在網(wǎng)站設計 3D 草圖，然后公司將物體打印出來之后，再快遞到用戶的手中（Sculpteo 還有商城等其它服務）。
      
    最近幾年關于 3D 打印的消息層出不求，它的使用范圍越來越廣。比如：
      

• 3D 打印的原材料擴展到金、銀以及強度極高的鈦，還有不銹鋼；
• 德國 Voxljet 制造了尺寸為 4m x 2m x 1m 的 3D 打印機；
• Cornell 大學嘗試利用 3D 打印機直接打印出食物出來；
• Exeter 大學的研究人員，制造出以巧克力為原材料的 3D 打印機；
• 哈佛大學的實驗室開發(fā)可以實現(xiàn)生物細胞打印的設備；
• 德國 Fraunhofer Institue 利用 3D 打印技術將血管給打印了出來；
• Loughborough 大學的一個研究小組正在嘗試讓混凝土成為 3D 打印的原材料；
• Organovo 開始研究如何利用 3D 打印機來打印人體器官。

總結(jié)以上的趨勢，那就是 3D 打印技術的部署成本越來越低，以現(xiàn)在的價格，幾乎每個人都可以擁有一臺 3D 打印機。而隨著選材范圍越來越廣，3D 打印機可制作的物品越來越多，從汽車、飛機零件，到食物，到人體器官等等。加之如今網(wǎng)絡的發(fā)達，每個人都能夠成立一個像 Sculpteo 這樣的網(wǎng)站，按客戶需求，個性化定制物品，讓“社會化制造”成為可能。

3D 打印機將成“第三次工業(yè)革命”的基礎——每個人都可以是一家工廠。因為它能夠直接將物體“打印”出來——首先人們能夠通過電腦創(chuàng)建一個三維設計圖（通常是 STL 或 CAD 文件），然后打印機對這個立體原型進行“切片”，分成一層一層的，然后打印機開始工作，將原材料按照設計圖一層又一層的疊加上去，直到最終成型。這樣就制造出一個產(chǎn)品。
            
       之前有人認為 3D 打印機受原材料所限，制作出來的產(chǎn)品硬度不夠，受力不強，難以真正運用到工業(yè)制造上。但實際上 3D 打印機的原材料已經(jīng)拓展到陶瓷、金屬等高硬度材料上，具備制造對強度有一定要求的產(chǎn)品——已經(jīng)有人用 3D 打印機制造出一把q來！
GIA 表示：“在接下來的幾年，3D 打印技術將有一個質(zhì)的飛躍。可以打印出金屬，包括金銀等貴重金屬。在未來，更低成本的打印技術將推出，使得 3D 打印有望被用于研發(fā)生產(chǎn)包括紙張和塑料在內(nèi)的材料產(chǎn)品。而 3D 打印技術另一個增長領域則是醫(yī)療部分。3D 打印可以用來開發(fā)人工器官。此外，教育和醫(yī)療設備領域也十分有發(fā)展?jié)摿Α！?br />               
       目前，3D 打印已經(jīng)成功打印出眼鏡，人造骨骼，小提琴等，而其應用比較廣泛的是設計領域，尤其是工業(yè)設計，數(shù)碼產(chǎn)品開模等，可以在數(shù)小時內(nèi)完成一個模具的打印。而 3D 打印機需求量較大的行業(yè)則是醫(yī)療設備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)等。3D 打印的優(yōu)點表現(xiàn)在無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，大幅減少材料浪費，提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。而且它還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術無法制造的外形。

沒有那么夸張吧？第三次工業(yè)革命會因為這個？