“需要個(gè)性化的包裝禮盒嗎？用3D 打印機(jī)打印一個(gè)吧。”，在媒體的大量報(bào)道下，3D打印離百姓的生活越來越近。另一方面，3D打印的某些功能被描繪得神乎其神。比如3D打印機(jī)甚至可以用來打出建筑、槍支、人體器官等一切你能想到的東西。 3D打印更被捧為引領(lǐng)全球新一輪工業(yè)革命的顛覆性技術(shù)。
3D打印的爆發(fā)除了歸功于全球3D打印技術(shù)團(tuán)隊(duì)們30多年辛勤的技術(shù)耕耘外，還頗具有娛樂性。其中特別值得一提的是美國總統(tǒng)奧巴馬在2013初發(fā)表的國情咨文。這個(gè)國情咨文多次提到3D打印技術(shù)并把該技術(shù)譽(yù)為未來推動(dòng)美國經(jīng)濟(jì)增長的新的增長點(diǎn)。事實(shí)上，該咨文發(fā)表后，美國3D打印相關(guān)公司的股票大幅上漲，投資人對3D打印及相關(guān)公司的投資熱情也被廣泛調(diào)動(dòng)起來。
也就是在該咨文發(fā)表前后，我國相關(guān)政府部門和投資人對3D打印行業(yè)的關(guān)注明顯升溫。2013年6月，科技部宣布2014年的國家“863”項(xiàng)目將首次支持3D打印的研發(fā)，投入科研基金高達(dá)四千萬元。同時(shí)，對新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)孜孜不倦追求的各級地方政府，包括武漢、青島、珠海和成都也紛紛上馬3D打印技術(shù)發(fā)展中心和3D打印工業(yè)園。
3D 打印不是新技術(shù)
在3D打印升溫的同時(shí)，質(zhì)疑3D打印技術(shù)的實(shí)用性和市場潛力的聲音也時(shí)有所聞。這些質(zhì)疑者的依據(jù)有兩個(gè)；其一是3D打印并不是一項(xiàng)新技術(shù)，技術(shù)的革命性更無從談起。其二是3D打印無法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，因此對于制造業(yè)來說并不具有顛覆性。
事實(shí)上，3D打印又叫做增材制造或快速成形技術(shù)，它的確不是一項(xiàng)新技術(shù)。該技術(shù)起源于80年代的美國。 1983年美國一個(gè)叫Charles Hull的人發(fā)明了首個(gè)基于光固化原理的3D打印機(jī)。這種打印機(jī)使用液體的光固化樹脂或其他材料，這些材料在紫外或激光光源的作用下迅速凝固并一層層疊加成想要打印的形狀。在這以后，3D打印技術(shù)便迅速發(fā)展，目前已出現(xiàn)的主要技術(shù)路線有十幾種，主要包括熔融層積、光固化，激光燒結(jié)，激光熔覆等等。
3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了三十年，為什么在最近幾年才突然升溫，并被捧為可能在未來引領(lǐng)新工業(yè)革命的技術(shù)？筆者認(rèn)為，這個(gè)現(xiàn)象的出現(xiàn)主要有兩個(gè)原因。首先是3D打印在消費(fèi)者看來是一個(gè)足夠新潮的技術(shù)。3D打印最近才進(jìn)入個(gè)人消費(fèi)市場。除了家用3D打印機(jī)的出現(xiàn)，最近出現(xiàn)的3D打印店和網(wǎng)上3D打印服務(wù)為個(gè)人消費(fèi)者提供打印雕像、個(gè)性化首飾等服務(wù)。盡管打印的價(jià)格還比較昂貴，這種新的3D打印服務(wù)模式使得更多追求新潮的消費(fèi)者有機(jī)會(huì)熟悉并嘗試該技術(shù)。
更重要的是，3D打印技術(shù)滿足政府和投資人對新的經(jīng)濟(jì)和投資增長點(diǎn)的渴求。3D 打印確實(shí)是一種頗有市場發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)?？释陆?jīng)濟(jì)增長點(diǎn)的城市自然不甘人后，于是各種3D打印技術(shù)研發(fā)中心和工業(yè)園便應(yīng)運(yùn)而生。而對于風(fēng)險(xiǎn)投資和其他投資人而言，3D打印是一個(gè)很好的投資概念，既有足夠的技術(shù)含量又足夠吸引眼球。
3D打印不具有顛覆制造業(yè)的能力
目前，3D打印在制造業(yè)的應(yīng)用主要是快速建模和制造新產(chǎn)品的樣品。由于傳統(tǒng)工業(yè)模具的制造不但費(fèi)時(shí)而且成本高昂，3D打印技術(shù)在建模方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。另外，3D打印還被用于新產(chǎn)品樣品的制造。理論上來說，只要能在電腦上設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品的樣子，3D打印機(jī)就可以把新產(chǎn)品的外形打印出來，從而擺脫了傳統(tǒng)出樣時(shí)需要先開模再生產(chǎn)，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢的弊端。比如，要做100個(gè)新的塑料包裝瓶子的樣品，傳統(tǒng)做法是開模、制造，需歷時(shí)10-20天，成本超過萬元。而3D打印能在1-2天內(nèi)打印出100個(gè)瓶子的樣品，總成本可能在2000元以內(nèi)。此外，在最近幾年，金屬3D打印在直接制造航空航天和其他金屬元器件上取得了長足的進(jìn)步。據(jù)報(bào)道，3D打印的鈦合金和其他高強(qiáng)度合金零件已經(jīng)在飛機(jī)上使用。
3D打印的帶來的主要變革還在于允許擁有設(shè)計(jì)能力的個(gè)人更加便捷地參與到生產(chǎn)過程中，為市場提供更加個(gè)性化的產(chǎn)品。雖然3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、家電、模具等工業(yè)制造領(lǐng)域，但其優(yōu)勢目前主要還是在建模和出樣。直接用3D打印制造的最終產(chǎn)品還是很少，而且這些3D打印的最終產(chǎn)品主要是一些高價(jià)值的小批量應(yīng)用，如飛機(jī)零件、汽車零件、手術(shù)導(dǎo)板等等。
很顯然，目前3D打印還不能大規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品，現(xiàn)階段也不存在引領(lǐng)工業(yè)技術(shù)革命，顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)的能力。根據(jù)領(lǐng)先的新技術(shù)行業(yè)研究公司壹行研（Innova Research）的預(yù)測，3D打印機(jī)未來5年的市場收入的復(fù)合增長率大約在20%左右，可以算得上增長迅速。但對比智能機(jī)器人、石墨烯和一些其他新技術(shù)領(lǐng)域同期的增長率并不算很高。
3D 打印的技術(shù)和成本都有待進(jìn)一步改善
3D打印技術(shù)還有待進(jìn)一步改善，成本還需進(jìn)一步下降。從3D打印發(fā)明到現(xiàn)在的三十年里，盡管該技術(shù)在某些方面取得了很大的進(jìn)步，比如現(xiàn)在的3D打印機(jī)可以打印出更大的零件，3D打印的材料種類也不斷增加，但打印速度卻一直沒有得到顯著的提高。這主要是由于3D打印是基于一層層累積材料來成形，而打印一個(gè)零件也需要幾小時(shí)甚至幾天的時(shí)間。打印速度慢是3D打印無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的一個(gè)重要原因。
還有一個(gè)技術(shù)上的限制是：3D打印目前只能用來打印器件的外形，而無法形成具有功能的器件。比如，3D打印可以打印汽車零件的形狀，但無法打印零件內(nèi)部的電路等賦予該零件某些功能的裝置，因此需要后續(xù)加工來嵌入相應(yīng)的電路和功能裝置。壹行研（Innova Research）團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)訪問過一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)在3D打印機(jī)上安裝液態(tài)金屬噴頭，在打印器件外形的同時(shí)用噴出的液態(tài)金屬構(gòu)造內(nèi)部電路，從而實(shí)現(xiàn)一次打印功能器件的目的。不過，這種技術(shù)目前還處于前期階段，未來的商業(yè)化價(jià)值還有待觀察。
另一個(gè)瓶頸在于價(jià)格。工業(yè)級3D打印機(jī)的價(jià)格一直居高不下。目前一個(gè)工業(yè)級的3D打印機(jī)的價(jià)格少則十幾萬到五十萬人民幣。有些機(jī)型，比如可以打印金屬零件的激光熔覆3D打印機(jī)的報(bào)價(jià)高達(dá)幾百萬或上千萬元。另外，3D 打印機(jī)的激光頭等元件的壽命有限，而更換這些主要零件的價(jià)格也十分昂貴。高價(jià)格問題同樣存在于打印材料方面。比如，3D打印機(jī)使用的最便宜的ABS塑料絲材也要上百元一公斤，進(jìn)口的光固化材料價(jià)格高達(dá)兩千元一公斤。昂貴的材料直接限制了3D打印機(jī)在大規(guī)模生產(chǎn)上的應(yīng)用。另一方面，家庭用3D打印機(jī)的價(jià)格雖然可以低到千元左右，但這些機(jī)器的精度等指標(biāo)與工業(yè)級相差甚遠(yuǎn)，只能用來打印玩具等精度要求較低的產(chǎn)品。
未來3D 打印的機(jī)會(huì)在于材料
在過去幾年，隨著3D打印機(jī)出貨量的增長，3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈正在發(fā)生變化。首先，全球3D打印機(jī)領(lǐng)先的企業(yè)，包括EOS，Stratasys, 3D System等，都開始把業(yè)務(wù)從3D打印機(jī)延伸到3D打印材料和3D打印服務(wù)領(lǐng)域。它們試圖在3D打印領(lǐng)域建立類似傳統(tǒng)打印行業(yè)的盈利模式，即賣打印機(jī)掙錢不多，賣打印耗材成為主要的盈利方式。事實(shí)證明這種商業(yè)模式的選擇是有成效的，據(jù)壹行研（Innova Research）觀察，許多領(lǐng)先的3D打印機(jī)企業(yè)賣打印材料的收入已經(jīng)超過他們賣打印機(jī)的銷售收入。為了這個(gè)盈利模式得以延續(xù)，有些3D打印機(jī)公司開始采取一些技術(shù)手段來阻止用戶使用第三方的材料。比如，規(guī)定用戶必須使用本公司指定的材料，否則不予以保修等。
但是，一個(gè)硬幣總有另外一面，在3D打印行業(yè)里大量的第三方打印材料供應(yīng)商正在崛起。目前，3D打印市場雖然還不大，但由于材料售價(jià)昂貴，有些能達(dá)到幾倍甚至十幾倍的毛利率。因此最近幾年進(jìn)入3D打印材料領(lǐng)域的公司數(shù)量呈爆發(fā)性增長的趨勢。在中國，高質(zhì)量的光固化3D打印材料，即光敏樹脂，和某些金屬3D打印粉末材料還比較短缺。比如，在光固化3D打印材料領(lǐng)域，國產(chǎn)材料能夠達(dá)到的打印精度與進(jìn)口材料相比差一個(gè)檔次，雖然價(jià)格只是進(jìn)口材料的一半，但用戶在打印精度要求較高的產(chǎn)品時(shí)還是會(huì)優(yōu)先選用進(jìn)口材料。這些利潤豐厚且有技術(shù)含量的3D打印材料領(lǐng)域?yàn)閲鴥?nèi)相關(guān)材料企業(yè)提供了很好的潛在市場。
隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，3D打印材料的種類拓展迅速。除了傳統(tǒng)的3D打印材料如光敏樹脂、ABS和PLA塑料絲材、鈦合金和其他金屬粉末、陶瓷粉末外，玻璃和其他一些以前不能用做3D打印的材料也被采用到3D打印領(lǐng)域，相關(guān)的3D打印機(jī)也已成型。3D打印材料雖然市場還小，但毛利率高，有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)壁壘，為相關(guān)材料供應(yīng)商提供了產(chǎn)品升級換代的機(jī)會(huì)。
綜上所述，3D打印市場在最近四、五年成為政府、制造業(yè)界、投資人等關(guān)注的熱點(diǎn)。雖然3D打印并不是一項(xiàng)新技術(shù)，也并不具有顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)的潛力，但3D打印的確是一項(xiàng)未來市場增長潛力較大的技術(shù)。隨著3D打印機(jī)銷售的增長，3D打印材料因其高毛利率受到3D打印機(jī)廠家和大量第三方3D打印材料供應(yīng)商的青睞?？傮w而言，中國高端3D打印材料還比較短缺，替代進(jìn)口的市場潛力很大。相對于3D打印機(jī)器而言，高質(zhì)量的3D打印材料的增長潛力更大，盈利前景相對明確，這一領(lǐng)域?qū)⑽?D打印公司、相關(guān)材料供應(yīng)商和投資人的高度關(guān)注。
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