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(yù)測，到2015年該市場的規(guī)模將達37億美元。3D打印技術(shù)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(shù)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(shù)革命，以電力、無線電、鋼鐵和化學(xué)等領(lǐng)域的巨大發(fā)展為標志，在各個不同領(lǐng)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(shù)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(shè)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(chǔ)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(dāng)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(shè)計行業(yè)的人，他們對 3D 打印技術(shù)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(shù)，將設(shè)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(dāng)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(shè)計原型制作出來的生產(chǎn)方式相比，3D 打印機擁有相當(dāng)?shù)膬?yōu)異性，它能夠一次性、直接地把客戶所需要的設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計圖一層又一層的疊加上去，直到最終成型。當(dāng)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(yīng)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(shù)已經(jīng)發(fā)展了近 30 個年頭。而從一個為設(shè)計書、建筑師、實驗室生產(chǎn)原型的工具，到媒體、大眾所關(guān)注的議題。這種變化體現(xiàn)了 3D 打印技術(shù)在這幾十年間取得的突飛猛進的發(fā)展，設(shè)備的價格從昂貴到便宜，性能從低下到強大，設(shè)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(xué)嘗試利用 3D 打印機直接打印出食物出來；Exeter 大學(xué)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(xué)的實驗室開發(fā)可以實現(xiàn)生物細胞打印的設(shè)備；德國 Fraunhofer Institue 利用 3D 打印技術(shù)將血管給打印了出來；Loughborough 大學(xué)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(shù)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(luò)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(shù)，這是世界上第一家生產(chǎn) 3D 打印設(shè)備的公司，而它所采用的技術(shù)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(shù)：
      

• 1988 年，Scott Crump 發(fā)明了另外一種 3D 打印技術(shù) Fused Deposition Modeling，并成立公司 Stratasys。這個技術(shù)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(shù)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(shù)的原材料一直僅限于紙，性能低下；
• 1993 年，麻省理工大學(xué)教授 Emanual Sachs 發(fā)明 Three-Dimensional Printing 技術(shù)（非本文泛指的 3D 打印技術(shù)），利用金屬、陶瓷等粉末，通過粘接劑在一起成型。這種技術(shù)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(xué)的許可，利用技術(shù)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(xué)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(fù)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(shù)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(shè)計軟件，讓平板電腦發(fā)揮設(shè)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(zé)將物體打印出來的 3D 打印機部分，還有負責(zé)設(shè)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(dāng)時合理的選擇。然而，時至今日，電腦已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)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(shè)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(wù)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(shè)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(wù)）。
      
    最近幾年關(guān)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(xué)嘗試利用 3D 打印機直接打印出食物出來；
• Exeter 大學(xué)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(xué)的實驗室開發(fā)可以實現(xiàn)生物細胞打印的設(shè)備；
• 德國 Fraunhofer Institue 利用 3D 打印技術(shù)將血管給打印了出來；
• Loughborough 大學(xué)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(shù)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(luò)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(chǔ)——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(shè)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(shè)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(shù)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(shù)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(shù)另一個增長領(lǐng)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(shè)備領(lǐng)域也十分有發(fā)展?jié)摿??！?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(yīng)用比較廣泛的是設(shè)計領(lǐng)域，尤其是工業(yè)設(shè)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(shè)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(shù)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？