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當(dāng)前家用3D打印機(jī)的局限與未來
近幾年，中國(guó)(北京)國(guó)際快速成型與3D打印技術(shù)展覽會(huì)在國(guó)展開幕。這個(gè)展覽會(huì)與LED、物聯(lián)網(wǎng)等展覽擠在一起，規(guī)模不大。但開展伊始，展區(qū)的20多家展位前就人潮洶涌、熱鬧異常，觀看者、問詢者、體驗(yàn)者絡(luò)繹不絕。現(xiàn)場(chǎng)展示的3D打印機(jī)包括FDM、SLA和SLS等多種類型，大體上涵蓋了工業(yè)級(jí)和桌面級(jí)的主流產(chǎn)品。值得注意的，相對(duì)于價(jià)格動(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)元的工業(yè)級(jí)設(shè)備而言，觀眾的興趣顯然集中在適宜于家庭應(yīng)用的桌面級(jí)3D打印機(jī)。
一時(shí)間展會(huì)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(shù)在尖端制造、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域均獲得成功的應(yīng)用，并隱隱然有井噴之勢(shì)。但是具體到桌面級(jí)3D打印機(jī)，或者說普通大眾更為關(guān)心的家用3D打印機(jī)，情況則尚不明朗。以當(dāng)前最“時(shí)尚”的家庭應(yīng)用——3D照相為例，僅打印10厘米高單個(gè)人像的價(jià)格就在千元以上;如果來個(gè)20厘米的情侶套裝，價(jià)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(yīng)用暫時(shí)還無法飛入尋常百姓家，更不用說這個(gè)設(shè)備的重量足以壓壞一張書桌。
那么小編就近期對(duì)3D打印設(shè)備和廠家的調(diào)研，來談?wù)勛烂婕?jí)3D打印機(jī)在家庭的應(yīng)用和普及仍存在的諸多限制。
桌面級(jí)3D打印機(jī)的局限性
1. 低價(jià)格設(shè)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(jī)的價(jià)位大致在3千元至3萬(wàn)元之間，相對(duì)可算“低廉”。但該類打印機(jī)打出的物品表面粗糙，邊緣存在“臺(tái)階”效應(yīng)，打印個(gè)小物件就需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)乃至數(shù)十小時(shí)，極其挑戰(zhàn)家庭用戶的耐心和審美觀，目前基本上可排除出實(shí)用市場(chǎng)。
2. 高分辨率打印設(shè)備的價(jià)格高昂
SLA(立體光固化成型)和SLS(選擇性激光燒結(jié))打印機(jī)的精度高、速度快，但是最便宜的設(shè)備價(jià)格也要10萬(wàn)元左右。
3. 3D模型難獲得
打印物品需要先有該物品的3D數(shù)據(jù)或模型。這些模型要么由用戶手工創(chuàng)建或修改，要么通過3D掃描儀掃描。前者需要有深厚的3D設(shè)計(jì)和軟件操作經(jīng)驗(yàn)，超出一般用戶的能力范圍;后者需要昂貴的3D掃描儀，價(jià)格基本上也都在10萬(wàn)元以上。
4. 可使用的耗材種類很有限
主流3D打印機(jī)所使用的耗材(原料)通常為塑料、樹脂和金屬粉末，家庭中經(jīng)常用到食品、陶瓷、木頭、玉石、布匹等物品一般無法用桌面級(jí)打印機(jī)打印。
5. 只能打印簡(jiǎn)單材料的物品
常見的3D打印機(jī)都只能打印一、兩種耗材，復(fù)合材料的物品無法打印。即使可打印的材料，其強(qiáng)度、韌性和顏色等指標(biāo)也經(jīng)常達(dá)不到實(shí)用要求。
6. 耗材價(jià)格昂貴
前面所舉的3D照相，是耗材昂貴的一個(gè)典型例子。最便宜的3D打印耗材——ABS塑料，價(jià)格都在每公斤百元左右。SLA和SLS型打印機(jī)所用耗材的價(jià)格更在每公斤千元以上。打印一個(gè)物品，所費(fèi)原料的價(jià)錢就會(huì)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(jiǎn)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(huì)嚴(yán)重挑戰(zhàn)用戶的技能和耐心。
8. 維護(hù)不易
如：幾千元的FDM型打印機(jī)一般用戶根本搞不定;SLA涉及到有毒原料的保存問題;SLS對(duì)工作環(huán)境要求相對(duì)苛刻，使用和維護(hù)工序復(fù)雜等。
問題的核心與解決猜想
家用3D打印機(jī)的上述局限反映出易用性、通用性和價(jià)格之間的互相制約。而上個(gè)世紀(jì)70年代的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)存在同樣的問題，回顧PC產(chǎn)業(yè)解決這些問題的方法，或許會(huì)對(duì)于解決家用3D打印機(jī)的問題有所幫助。
1. 通用CPU+模塊化外設(shè)解決通用性問題。
通用CPU的核心是通用指令集，對(duì)應(yīng)于3D打印機(jī)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(jié)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(xiàn)實(shí)，但是至少可針對(duì)具有相似特性的一大類耗材建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的通用處理模塊。在此大類之內(nèi)，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(gè)性化”的外設(shè)實(shí)現(xiàn)對(duì)于具體材料的細(xì)分處理，盡可能擴(kuò)大3D打印機(jī)的通用性，讓一款設(shè)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(duì)簡(jiǎn)單，只要有足夠多用戶，就有望根據(jù)用戶的感受摸索出簡(jiǎn)單、可行的易用性改進(jìn)方案。對(duì)于3D打印機(jī)來說，很可能是加入更多的自動(dòng)化、智能化模塊。例如把FDM打印機(jī)的輸出直接與打磨設(shè)備連接，根據(jù)同樣的3D模型對(duì)物體的邊緣進(jìn)行平滑處理，SLA和SLS也可按照類似的思路辦理。甚至是維護(hù)問題也有可能在加入足夠多的自動(dòng)化設(shè)備之后變得傻瓜化。
3. 提高集成度與大批量生產(chǎn)解決價(jià)格問題。
PC價(jià)格的一路“平民化”得益于摩爾定律。3D打印行業(yè)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(gè)仍待發(fā)現(xiàn)的新技術(shù)或新部件。MIT媒體實(shí)驗(yàn)室在Kickstarter.com上的3D打印機(jī)眾籌項(xiàng)目Form1，通過使用藍(lán)光播放器上的的激光器成功的把SLA打印機(jī)的價(jià)格拉低至2500美元左右，就是一條極具啟發(fā)性的線索。另一方面，即使沒有發(fā)現(xiàn)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(jī)的大批量生產(chǎn)也會(huì)極大的降低單臺(tái)設(shè)備的價(jià)格。
4. IBM的殺入與開放標(biāo)準(zhǔn)的建立是PC產(chǎn)業(yè)的最終引爆點(diǎn)。
同樣，3D打印領(lǐng)域也需要行業(yè)巨頭推動(dòng)，建立開放標(biāo)準(zhǔn)，帶領(lǐng)各類單獨(dú)的設(shè)備、部件、器件生產(chǎn)商把市場(chǎng)做大。遺憾的是，即使在工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備領(lǐng)域(除了SLS領(lǐng)域的德國(guó)公司EOS)，也缺乏像當(dāng)時(shí)IBM那樣的巨頭。這可能從一個(gè)側(cè)面說明3D打印行業(yè)本身的積累尚未到達(dá)臨界點(diǎn)，把高端技術(shù)導(dǎo)入家用領(lǐng)域難以一蹉而就。
未來之路
上個(gè)世紀(jì)70年代是計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)分水嶺。此前，計(jì)算機(jī)在發(fā)達(dá)國(guó)家的科研、教育、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域已獲得大量成功應(yīng)用。但是微型計(jì)算機(jī)(或個(gè)人計(jì)算機(jī)——PC)卻還是個(gè)很稀罕的玩意，只在極客中流傳。1975年，蘋果的聯(lián)合創(chuàng)始人斯蒂夫·沃茲尼亞克組裝出第一臺(tái)APPLE I;同年，比爾·蓋茨從哈佛輟學(xué)，創(chuàng)建微軟公司。這兩個(gè)公司的天才創(chuàng)始人，擁有一個(gè)同樣的愿望：把PC擺放到每個(gè)人的書桌上。20年后，他們的愿望成真，PC成為最常用的個(gè)人辦公和娛樂設(shè)備。
回顧70年代的PC業(yè)，其發(fā)展軌跡清晰明了：不斷發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和集成電路技術(shù)帶動(dòng)了計(jì)算、存儲(chǔ)等器件的小型化和廉價(jià)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(rèn)識(shí)。他們只是認(rèn)為這個(gè)東西很酷炫、很重要，應(yīng)該擺在每個(gè)人的書桌上。
而當(dāng)前家用3D打印領(lǐng)域也彌漫著同樣的氛圍：愛好者們孜孜不倦的改進(jìn)、組裝著新機(jī)器，設(shè)備制造商和研究者賣力的鼓吹著“第三次工業(yè)革命”。當(dāng)然，現(xiàn)在還沒有人能夠信服的斷言3D打印機(jī)終究只是一個(gè)美好的夢(mèng)想，還是能夠顛覆行業(yè)的革命性產(chǎn)品。只是就愛好者的狂熱和業(yè)界的期待而言，3D打印似乎已經(jīng)到了技術(shù)突破的前夜。目前所缺乏的，是核心部件的成熟，以及一個(gè)類似IBM的巨人把相關(guān)的工作標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化。
期待這一天早日到來，即使未來的3D打印機(jī)具有截然不同的工作機(jī)理和形態(tài)，只要它能夠擺在每個(gè)人的書桌上就行了。至于它都能用來做什么，答案已經(jīng)超出我們的想象能力。正如70年代的人絕對(duì)想象不到我們現(xiàn)在正在用PC做什么一樣。
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