聽內行人講解3D列印神話

發表於2013-06-07

從風投公司在工業3D列印領域投資三千萬美元到有訊息稱史泰博公司將會成為全美首家消費型3D印表機零售商之後,毫無疑問,3D列印技術有了峰迴路轉的改變。

但也許這只是炒作。

這項技術已經有幾十年的歷史了,但是現在包括我的公司在內都在努力把它從行業邊緣拉回主流市場。所以,我找到了一個內行來談談對3D列印技術的看法,看它到底是炒作呢還是真有發展空間,以及到底該如何發展。

聽內行人講解3D列印神話

3D列印不會取代別的製造技術

3D列印的特點是即使是很複雜的東西都可以神奇般的製造出來,所以它是一種實實在在重要的製造技術。而其他的製造技術即使經過了數十年的努力也不過還是在集合複雜度上略有進展——而3D列印技術卻可以輕而易舉的解決這個問題。

以前沒有一項技術能輕而易舉的讓我們將自己的想法做成實物而又不需要很高的技術含量。正如當時預測的一樣,微波並沒有取代傳統的烹飪方式,而3D列印也不會取代其他的製造技術,更不用說其他各種各樣有關於工業規模的原因了。它只不過會不斷完善製造技術。

其原因就在於3D列印技術現在還不完善。我們給它製造了一種神祕的氣息—可換風格的複製因子——但是人們在用了一段時間的3D列印之後就會立即希望它有更強大的功能,比如說列印時間縮短,列印質量提高,列印材料更好更便宜等等。

摩爾定律不適用於3D列印

儘管有無限複製的炒作願景——缺失成分,鞋子,身體部位,甚至是槍——主要的情況是這樣的,然而3D列印並不受複雜性的影響,而是受體積的影響。

每樣東西從花費和時間到材料的需求數量都是呈指數增長的:甚至有些能達到三次方增長.

所以說如果我們需要兩倍大的東西,那麼就得花8倍的錢,花8倍的時間來列印.如果我們需要三倍大的東西,那麼就得花27倍的錢,花27倍的時間來列印.以此類推.

3D列印系統正在改變

上面介紹的“3D列印的三次增長規律”的限制以及無拘束的複雜性所介紹的規模自由度討論了與3D列印有關的問題。

然而列印速度和成本這兩個看似不能改變的事實卻正在發生變化。由於越來越多的個人和公司都在努力解決技術的侷限性和擴大使用問題,所以3D列印的列印速度和質量都有所提高。

從像RepRap一樣的開源印表機到現在的3D系統多維資料集印表機(該款由史泰博公司推出),現在最常見的3D列印是在機器上使用的比麵包箱還要小的部件。後來又有了 MakerBot類的低成本印表機和斯特塔西有限公司生產的更昂貴的工業版本。【對有關市場大小、份額、增長的更具體的資料,請見沃勒斯協會最近發表的公告,該協會已經連續發表了18年。】

然而,該系統不只是有關印表機的。3D列印是加速軟體控制製造業的趨勢之一,而這不只是3D列印,還有包括鐳射切割機,車床,路由器和工業機器人在內的一系列產業,它們的特點都是逐漸強大……使用者可輕易獲得。軟體正在使這一領域變得大眾化就像個人電腦使PC變得大眾化一樣.

3D列印需要有更好的商業模式

正巧現今材料的塑料配方持續發展,所以3D列印材料和輸出規模的範圍大大提升.大型的工業印表機構除了列印塑料產品之外還可以列印金屬,橡膠和陶瓷.

然而,許多評論家都將目光放到了列印材料的侷限性上而忽視了更重要的東西:造價.

3D印表機的壽命通常是由它的列印材料的長度決定的,超過一定長度就會報廢,這類似於噴墨印表機的墨盒.3D印表機所用的材料和普通的產品沒有什麼不同,但造價卻可能相差100倍.所以我認為對新的商業模式來說這方面已經成熟了,最好將市場中3D列印的技術和可行性都進行擴充套件.

如下是重要的研究方向

在3D印刷領域周圍充斥著各種最新的訊息,很難說哪些是老生常談,哪些是真正有趣值得關注的.因為在印刷領域隨時都會發展,有可能是更換的零件或者設計新穎的產品,有可能是身體器官,有可能是一棟房子,還有可能列印場所要從地球上搬到太空中去呢。

我認為有以下兩個領域值得關注——電子列印以及生物列印。前者使物體具有邏輯性和功能性,而後者有可能是3D列印界最振奮人性的領域。例如,維克森林大學的艾塔拉博士作為先驅已經成功列印出了植入人體尿道的印刷品.聖地亞哥的 Organovo公司列印出了用於醫學研究和治療用途的功能性人體組織. Craig Venter 和Cambrian Genomics公司甚至列印出了DNA——你絕對沒聽錯,就是DNA!一次能列印一個鹼基對。

3D列印裡另一個重要的發展領域就是建築規模方面的列印。包括來自加州大學伯克利分校的 Ron Rael 研究出的新型低成本有機材料以及南加利福尼亞大學的 Boris Behrokh Khoshnevis實驗的3D列印全尺寸建築。

歐洲航天局和福斯特事務所合作設計了月球3D印表機,他們的理念是利用月球上的材料來進行列印。這一設計十分重要,因為它有助於解決3D列印材料的缺陷。但是同時也有人使用廢舊材料——想象一下3D列印的應用可以對材料實現再迴圈和重複利用吧。

下一步是做到從原型設計達到批量生產

3D列印和其他技術的出現改寫了傳統工業大規模生產的現狀。從此我們再也不需要通過大批量的生產來降低成本提高質量了,我們可以通過少量的生產就能以低廉的價格獲得高質量的產品了。

3D列印即將帶來一種轉變,那就是其不僅用於製造原型設計,還可以用於小型的批量生產。然而,我並不希望3D列印能替代低廉的製作工藝。

回想一下Kinko模式,它並沒有替代桌面印表機和大規模的印刷廠——但是仍佔據一席之地。在3D列印領域,Shapeways等公司也提供諸如Kinko模式似的涉及列印服務。同時也有像 Thingiverse,Instructables一樣的設計庫。

3D列印這種對成本非常敏感的商業模式極易受到破壞,這也是單一功能所帶來的弊端。所以,對於這一領域來說,並非是先下手為強後下手遭殃的情況,而在於誰擁有的客戶最多,誰的社群最活躍——這是這一行業區別於其他行業的不同之處。

與其說生產大眾化,我倒是希望3D列印的生產軌跡能做出像義肢一樣的小批量,高質量的產品或者像珠寶一樣的定製專案。大多數的3D列印都是個性化的,和現在的噴墨式印表機類似。正如當初業餘歌手們“自唱、自錄、自調”稱為數字音樂的領軍力量一樣,3D列印也將領軍一場“拍照、修改、列印”的浪潮。

3D列印對美國的製造業無能為力

那麼3D列印能否讓美國以及其他的已開發國家重獲新生呢?

也許能,也許不能。也許3D列印可以拯救國內的製造業,但卻對失業無能為力。未來的產品公司有可能集設計、工程和製造於一體——高速仿形和製造精密產品是他們成功的關鍵所在。這意味著未來的工作需要的是高技術人才。

而計算機在3D列印領域的位置也顯得極其尷尬。在Kickstarter上有一塊名叫3D列印筆的發明,他不需要計算機的支援就可以畫出東西來。你只需拿著它在天空飛舞就能畫出東西來,而它的原理就是在筆尖注入融化的塑料。但這就猶如用沙子在空中建造空中樓閣。所以,儘管目前的發展只用到硬體,但是說用不到用不到中央處理器和軟體也是不現實的。

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