3D打印机技术思想遭遇中国的工业现实

　　3D打印并不神秘，也绝非只能在学术研究的实验室才能见到。事实上，深圳作为“世界工厂”和“设计之都”，3D打印技术的商业应用已经在这里发展了一年多。许多人知道国内主流的桌面3D打印机生产厂商大半都在深圳，但鲜为人知的是，深圳已经有不少专业的工业级3D打印服务商和大规模应用3D打印的工业设计机构。

　　深圳市源创尚品工业设计公司是一家深度应用3D打印的工业设计机构。据其总经理廖天佑介绍，目前他们有近10%的设计案会引入3D打印来进行手板制作。但是这家工业设计机构并不拥有3D打印机，为他们提供3D打印服务的是深圳市茂登科技公司——这是一家专业3D打印服务商。茂登公司通过进口工业级3D打印机作为生产设备，为包括源创尚品在内的多家客户提供3D打印服务。

　　这种组织形式，使得符合商业应用需要的高精度3D打印可以顺利进入工业生产的环节。

　　桌面3D打印机只是“玩具”？

　　3D打印技术事实上已经发展了40年，这种通过逐层堆积材料来叠加成为产品机构的制造方式，与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削等完全不同。3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过数字化的管理，大大降低了制造的复杂度——不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

　　近两年3D打印又成为科技概念的热门话题，是因为桌面3D打印机的诞生和推广。这种基于开源硬件解决方案开发生产出来的3D打印机，实际上是对于大型工业3D打印机的简化和廉价化。深圳拥有多家桌面3D打印机的生产商，但其产品仍处于起步阶段。以技术研发进展较快的深圳维示泰克公司为例，他们生产的桌面3D打印机售价不到一万元，可以使用几种塑料线材作为原料打印制造小型物品，虽然其官方称他们生产的3D打印机精度可以达到0.2毫米，但实际精度往往达不到。而且之前与维示泰克公司负责人交流时，对方也表示桌面3D打印机制作的物品“比较适合作为展示使用”——言下之意是，还不能用于功能性零件或产品的制作。[page]

    这并不是维示泰克一家的问题，事实上国内所有的桌面3D打印机生产商都面临这样的问题。而国外较为热门的桌面3D打印机，也未必比国内更先进多少。将3D打印机小型化廉价化之后，包括自动化控制、材料科学和温度控制等等几个核心技术难点是全世界3D打印机研发行业正在试图突破的。在现阶段，如源创尚品总经理廖天佑所直言不讳的，“桌面3D打印机只是玩具。” 

　　3D打印几乎完全用于手板制作

　　廖天佑是工业级3D打印机的用户。茂登公司向他提供服务的工业级3D打印机采购自以色列，价格上百万元。工业3D打印机不仅可以实现最高0.01毫米(10微米)的高精度打印，还可以根据需求更换不同的喷头与托盘，以打印不同材质的产品，包括金属材料、类石膏材料和软硬可调材料，甚至是多材料的混合打印——而这些实际上已经很成熟的技术，由于与消费者较遥远，还依然被大众舆论认为是科幻和实验。

　　“我们使用3D打印来制作手板，而像茂登这样的3D打印服务商，99%的业务订单也就是制作手板。”廖天佑如此介绍。

　　一般的工业产品，从最初的技术调研到最后的量产，要经历至少14个流程环节，而廖天佑所提到的“手板制作”是其中非常重要一环。手板亦被称为“首板”，是指在没有开模具的情况下，根据产品图纸做出的若干个产品样板，主要用来验证产品，包括外观、结构和功能。由于最早这种样板只能靠经验丰富的技师手工制作，所以学名“手板”。当然目前的主流的手板制作也是是采用如数控机床等现代设备完成的。由于3D打印天生不需要模具，自然就成为了制作手板的前沿选择之一。

　　廖天佑分享了近期一个他主导的锁具产品设计案例。由于这是一个设计为采用特种金属制造的锁具，所以用数控机床切出来的传统手板，在材质上完全不能验证锁具设计的可行性。在以往，这种特种锁具的设计，只能是在纸面工作尽量完善周密的情况下，跳过手板直接制作模具，拿模具浇筑制造出一个原型产品来做验证。这就面临一个风险，如果确实存在设计缺陷需要调整，那么整套模具几十上百万的费用都打了水漂。许多欧洲著名的手工保险柜之所以要卖到天价，有一部分原因就是由于这种为了验证而沉没的设计成本太高了。 [page]

    但因为采用3D打印技术，廖天佑轻松完成了这个锁具设计的挑战。他直接将金属原材料制成粉末，在工程师的协助下使用3D打印按照不同的设计图纸一次打印了五个锁具原型，最终有一个通过了验证。原本可能要花一年才能完成的设计案，他们只花了两个月时间。“即使第一批五个产品都验证失败了，我们去研究问题调整设计，再用3D打印重新制作手板，也只需要一两周的时间。”廖天佑补充道。

　　廖天佑认为，3D打印制作手板与传统的工业流程具有性质上的不同：“手板只是一个模型，只能做到无限逼近原型产品；但3D打印制作的手板，其实就是第一个产品，它应该与量产的产品没有差别。”而这，也正是3D打印技术的优势所在。

　　在中国，3D打印太贵了

　　虽然3D打印技术在精度和速度上有着无可比拟的优势，但走访的大部分工业设计师和生产企业管理者都认为3D打印过于昂贵。廖天佑也承认，他们作为一家对3D打印接受度较高的工业设计机构，也只有不到10%的手板是采用了3D打印来制作。

　　这与不少人的想象并不一致。3D打印的概念被追捧的原因之一，就是因为它可以让小批量的生产更加容易和廉价。但这些来自国外的前沿技术思想，并没有考虑到中国市场的实际情况。

　　鲜为消费者所知的事实是，得益于中国的世界制造业中心地位，许多廉价的快速成型技术在中国被改良优化，并形成了充分竞争的行业。再小批量的生产，都会有合适的代工厂愿意承接。而另一方面，虽然如中科院先进技术所等科研机构已经自主研发出了工业级3D打印机，但能够量产应用在商业中的，还都是进口产品。连设备带打印耗材都进口的结果，就是在国内的商用3D打印成本居高不下。

　　于是，3D打印没有成为主流工业设计和制造企业的优先选择。即便是对于复杂结构或者特殊材质的产品，聪明的中国人也有自己的办法——比如，有制造业人士告诉记者，经验丰富的技师可以使用整块的铝合金在机床上快速制作一个模具，虽然这种快速模具拿来生产三四个产品就会报废，但同样可以花很少的时间和很低的成本来制作一些复杂结构和特殊材质的产品。[page]

    美国的技术思想遭遇中国的工业现实

　　在拥有大量技术工人和大量“独门工艺”的中国，目前3D打印技术还没有什么非用不可的理由。

　　有趣的是，MakerBot——美国最有名的桌面3D打印机开发商之一，它的联合创始人ZachSmith在退出这家公司后目前旅居深圳，在华强北自己做了一个孵化器工作室。作为3D打印技术的前沿人士，他在接受采访时并没有多谈3D打印，而是一个劲的在夸赞“深圳是创客(英文maker，译作创客，可理解为硬件技术开发者和发烧友)的天堂”。

　　Zach对记者说了这样一段话：“深圳就像一个巨大的‘科技超市’，这里有许多的工厂会搞定你想做的任何事。你不需要费心去学习如何使用生产工具，也不需要为材料、元件所烦忧，你只需要专心设计就能把想法变成现实。而在美国，已经没有什么作坊能提供这些知识和工艺了，一切都得自己摸索。而深圳的工人可以更快地做出质量更好的东西来。在美国要花100美元才能做出来的电路板，在这里只要上网花50块人民币就能买到。十倍的差价意味着，不需要太多花费你就可以迅速从电脑模拟进展到真机测试。你可以在网上买到任何电子元器件，去工厂也不过一个多小时的路程。但是在美国，为了跑供应商你可能得坐飞机在俄亥俄州、马里兰州和旧金山之间飞来飞去。”

　　美国人希望借助3D打印机来建立的理想工业生态，在深圳已经存在了十几年。

　　廖天佑对此也有同感，在采用3D打印技术后，他的公司对海外设计订单的承接能力也大大提升了。“美国人发现，他们找我做，加上海运的时间和费用，都比他们在美国本土要做更快更便宜”。为了追求这些海外设计订单的完成速度，廖天佑甚至把这些订单需要的小批量产品全部使用3D打印来制作——即便如此，所需要的费用仍比在美国生产要便宜。

　　“颠覆”不是在现在

　　3D打印成为热门概念，源于2012年美国总统奥巴马将其列为“全美制造业创新网络计划”的重要方向。所以在科技行业中确实存在这样一种观点，认为3D打印不过是基于美国的政治经济诉求所营造的噱头。无论这种观点是否靠谱，一个不争的事实是，在中国3D打印只是一种可供选择的设计制造工艺。它能够提供一些便利，但与中国良好的工业生态基础相比，优势也不明显。

　　但曾有媒体采访中科院专家的报道中透露出这样一种思考：中国也面临人口红利拐点的问题，在未来迟早要面对人力资源昂贵和技术工人短缺的问题。3D打印技术的普及无疑有助于在这种社会变化下制造业保持高速增长。然而，像富士康这样的超级工厂还在内地大量培养新的技术工人。这些问题也需要到下一代人才会显露出来——为几十年后的风险所准备的解决方案，并不能成为3D打印会在当下颠覆什么行业的佐证。