當前家用3D打印機的局限與未來

時間：2024-08-21 22:24:07 3D效果圖

當前家用3D打印機的局限與未來

　　近幾年，中國(北京)國際快速成型與3D打印技術展覽會在國展開幕。這個展覽會與LED、物聯網等展覽擠在一起，規模不大。但開展伊始，展區的20多家展位前就人潮洶涌、熱鬧異常，觀看者、問詢者、體驗者絡繹不絕。現場展示的3D打印機包括FDM、SLA和SLS等多種類型，大體上涵蓋了工業級和桌面級的主流產品。值得注意的，相對于價格動輒數十萬元的工業級設備而言，觀眾的興趣顯然集中在適宜于家庭應用的桌面級3D打印機。

　　一時間展會扎堆、豪杰并起，似乎3D打印大潮已洶涌襲來、不可遏止。整體上看，3D打印技術在尖端制造、醫療、科研等領域均獲得成功的應用，并隱隱然有井噴之勢。但是具體到桌面級3D打印機，或者說普通大眾更為關心的家用3D打印機，情況則尚不明朗。以當前最“時尚”的家庭應用——3D照相為例，僅打印10厘米高單個人像的價格就在千元以上;如果來個20厘米的情侶套裝，價格更超過5000元。如此高昂的打印成本，意味著這一最受人喜愛的3D打印應用暫時還無法飛入尋常百姓家，更不用說這個設備的重量足以壓壞一張書桌。

　　那么小編就近期對3D打印設備和廠家的調研，來談談桌面級3D打印機在家庭的應用和普及仍存在的諸多限制。

　　桌面級3D打印機的局限性

　　1. 低價格設備的打印分辨率低、速度慢

　　如一般家庭可接受的FDM(熔融沉積成型)3D打印機的價位大致在3千元至3萬元之間，相對可算“低廉”。但該類打印機打出的物品表面粗糙，邊緣存在“臺階”效應，打印個小物件就需要花費數小時乃至數十小時，極其挑戰家庭用戶的耐心和審美觀，目前基本上可排除出實用市場。

　　2. 高分辨率打印設備的價格高昂

　　SLA(立體光固化成型)和SLS(選擇性激光燒結)打印機的精度高、速度快，但是最便宜的設備價格也要10萬元左右。

　　3. 3D模型難獲得

　　打印物品需要先有該物品的3D數據或模型。這些模型要么由用戶手工創建或修改，要么通過3D掃描儀掃描。前者需要有深厚的3D設計和軟件操作經驗，超出一般用戶的能力范圍;后者需要昂貴的3D掃描儀，價格基本上也都在10萬元以上。

　　4. 可使用的耗材種類很有限

　　主流3D打印機所使用的耗材(原料)通常為塑料、樹脂和金屬粉末，家庭中經常用到食品、陶瓷、木頭、玉石、布匹等物品一般無法用桌面級打印機打印。

　　5. 只能打印簡單材料的物品

　　常見的3D打印機都只能打印一、兩種耗材，復合材料的物品無法打印。即使可打印的材料，其強度、韌性和顏色等指標也經常達不到實用要求。

　　6. 耗材價格昂貴

　　前面所舉的3D照相，是耗材昂貴的一個典型例子。最便宜的3D打印耗材——ABS塑料，價格都在每公斤百元左右。SLA和SLS型打印機所用耗材的價格更在每公斤千元以上。打印一個物品，所費原料的價錢就會比商店中的成品高幾倍乃至幾十倍。

　　7. 需要額外工序

　　只有極簡單、要求極低的物品或一次性用品可在打印后直接使用。大部分物品都需要手工后處理工序，這些額外的工序使得3D打印無法做到“所打即所得”，會嚴重挑戰用戶的技能和耐心。

　　8. 維護不易

　　如：幾千元的FDM型打印機一般用戶根本搞不定;SLA涉及到有毒原料的保存問題;SLS對工作環境要求相對苛刻，使用和維護工序復雜等。

　　問題的核心與解決猜想

　　家用3D打印機的上述局限反映出易用性、通用性和價格之間的互相制約。而上個世紀70年代的個人計算機(PC)存在同樣的問題，回顧PC產業解決這些問題的方法，或許會對于解決家用3D打印機的問題有所幫助。

　　1. 通用CPU+模塊化外設解決通用性問題。

　　通用CPU的核心是通用指令集，對應于3D打印機的耗材處理器件和工序(例如FDM的耗材融化與擠出、SLA的紫外光掃描、SLS的激光燒結等)，使用一種通用耗材處理器件和工序通吃種類繁多的所有耗材可能不現實，但是至少可針對具有相似特性的一大類耗材建立一個標準化的通用處理模塊。在此大類之內，不同廠家的耗材處理模塊可以互換甚至拼接，然后通過連接各種“模塊化”、“個性化”的外設實現對于具體材料的細分處理，盡可能擴大3D打印機的通用性，讓一款設備可以打印多種原料和類型的物品。

　　2. 圖形化界面解決易用性問題。

　　易用性問題的解決相對簡單，只要有足夠多用戶，就有望根據用戶的感受摸索出簡單、可行的易用性改進方案。對于3D打印機來說，很可能是加入更多的自動化、智能化模塊。例如把FDM打印機的輸出直接與打磨設備連接，根據同樣的3D模型對物體的邊緣進行平滑處理，SLA和SLS也可按照類似的思路辦理。甚至是維護問題也有可能在加入足夠多的自動化設備之后變得傻瓜化。

　　3. 提高集成度與大批量生產解決價格問題。

　　PC價格的一路“平民化”得益于摩爾定律。3D打印行業也需要找到自己的摩爾定律，它或許存在于3D打印(除FDM外)的核心器件——激光器，也或許存在于某個仍待發現的新技術或新部件。MIT媒體實驗室在Kickstarter.com上的3D打印機眾籌項目Form1，通過使用藍光播放器上的的激光器成功的把SLA打印機的價格拉低至2500美元左右，就是一條極具啟發性的線索。另一方面，即使沒有發現3D打印界的摩爾定律，在解決了通用性和易用性之后，3D打印機的大批量生產也會極大的降低單臺設備的價格。

　　4. IBM的殺入與開放標準的建立是PC產業的最終引爆點。

　　同樣，3D打印領域也需要行業巨頭推動，建立開放標準，帶領各類單獨的設備、部件、器件生產商把市場做大。遺憾的是，即使在工業級3D打印設備領域(除了SLS領域的德國公司EOS)，也缺乏像當時IBM那樣的巨頭。這可能從一個側面說明3D打印行業本身的積累尚未到達臨界點，把高端技術導入家用領域難以一蹉而就。

　　未來之路

　　上個世紀70年代是計算機產業的一個分水嶺。此前，計算機在發達國家的科研、教育、工業、商業等領域已獲得大量成功應用。但是微型計算機(或個人計算機——PC)卻還是個很稀罕的玩意，只在極客中流傳。1975年，蘋果的聯合創始人斯蒂夫·沃茲尼亞克組裝出第一臺APPLE I;同年，比爾·蓋茨從哈佛輟學，創建微軟公司。這兩個公司的天才創始人，擁有一個同樣的愿望：把PC擺放到每個人的書桌上。20年后，他們的愿望成真，PC成為最常用的個人辦公和娛樂設備。

　　回顧70年代的PC業，其發展軌跡清晰明了：不斷發展的半導體產業和集成電路技術帶動了計算、存儲等器件的小型化和廉價化。一小撮電子愛好者拼命將這些器件拼裝起來，試圖出售給普羅大眾，至于這些電子玩具能做些什么，絕大部分的人并沒有清晰的認識。他們只是認為這個東西很酷炫、很重要，應該擺在每個人的書桌上。

　　而當前家用3D打印領域也彌漫著同樣的氛圍：愛好者們孜孜不倦的改進、組裝著新機器，設備制造商和研究者賣力的鼓吹著“第三次工業革命”。當然，現在還沒有人能夠信服的斷言3D打印機終究只是一個美好的夢想，還是能夠顛覆行業的革命性產品。只是就愛好者的狂熱和業界的期待而言，3D打印似乎已經到了技術突破的前夜。目前所缺乏的，是核心部件的成熟，以及一個類似IBM的巨人把相關的工作標準化、產業化。

　　期待這一天早日到來，即使未來的3D打印機具有截然不同的工作機理和形態，只要它能夠擺在每個人的書桌上就行了。至于它都能用來做什么，答案已經超出我們的想象能力。正如70年代的人絕對想象不到我們現在正在用PC做什么一樣。

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