3D打印市場狼煙四起 開辟新型材料成首要問題
昌旭手握的巨型板手由目前最大的3D打印設備打印。
昌旭費力地手握的是一個巨大的工具板手模型，它是由目前世界上最大的3D打印機——Objet1000打印出來的，這臺設備由新合并成的Stratasys公司提供，2012年12月，原Stratasys公司(FDM技術為主）與以色列的Objet公司（Polyjet技術為主）合并，成為全球專業3D打印機市場最大的公司，占專業3D打印機市場份額的一半以上，新公司仍是沿用Stratasys名稱。這臺設備可以打印1000x800x500mm的巨型寬幅成型尺寸，從而可以為汽車、國防、工業、消費電子以及家電等應用打印工業級1:1尺寸的模型。
當然，這打印的只是模型，而不是真實的能用的產品。這也是很多人的誤會，“打印出的自行車能騎嗎？”有人問。甚至有人問：“我用3D打印機再打印出一個3D打印機，不就行了嗎？”這是目前對于3D打印的最大的一個認識誤區，目前3D打印機主要還是應用于概念模型、工業設計原型等應用，僅有在牙科等領域可以直接打印出工業可用的產品。
“我們的目標是讓設計師的創意更完美，輕松將創意變為現實并縮短設計周期；讓制造商獲得更高效率，使用最終模型件實現大規模定制；改善企業的設計和溝通過程，減少生產錯誤。”Stratasys公司創始人、董事會主席Scott Crump表示。他舉個例子，比如打印出設計師新設計的1:1汽車模型和各種功能部件，這樣可以更直觀地評估設計效果，而不僅是停留在2D的圖紙上。“我在23年前有一個夢想，就是讓CAD工程師能通過一個簡單的設備直接將他們的設計打印成3D的模型，在大規模生產前，能讓工程師測試他們的產品。很快，這個夢想實現了，我與夫人一起發明了FDM技術。”他回憶道。他們的主要用材是熱塑性材料，目前已發展到十幾種。
而與他們合并的另一家公司則主要是專注于3D噴墨打印技術Polyjet，其創始人的夢想是用噴墨打印技術打印出極高質量的工業產品原型。12年前，他們實現了夢想，成立Objet公司，他們的主要用材是噴墨式光敏樹脂，目前已有100多種材料。“當然，目前的3D打印還只是用于工業原型打印，打印出來的產品不可能替代真實的制造/鑄造。”Scott Crump解釋，“比如最大的一個問題是，3D打印是一層一層打印的，沒法控制各個方向的強度一致性，這是未來要攻克的一個難題。”
雖然目前3D打印在工業上僅限于概念模型與工業原型，但是這將來帶來巨大的工業變革，完全改變目前的制造業流程，并會帶來無限商機。舉一個最簡單的例子，手機廠商的新手機都需要先做一個“手版”，這需要“開軟模”，雖然比真實的模具便宜，但是價格也不菲，且需要十多天的時間。如果能通過3D打印直接打印出來，也就是幾小時的時間。昌旭預測不久的將來可能會有不少提供這種類型服務的公司誕生，“我也準備去開一家手機手版廠了。”昌旭已在微博表示（玩笑哈）。因為目前的3D打印設備價格已可在接受范圍。
“我們的3D打印設備價格從1萬美元的桌面型，到60萬美元的大型模型打印機，為用戶提供多種選擇。”Scott Crump解釋，“if you can dream it, we can build it.”他說。
不過，設備雖然不算貴，但是材料才是真正昂貴的，就像目前打印機廠商主要是通過打印墨盒來賺錢一樣。材料與3D打印設備需要完全配套。
3D打印機的核心技術是材料，就像目前打印機廠商主要是通過打印墨盒來賺錢一樣。材料與3D打印設備需要完全配套，未來3D打印最耗錢的肯定也是材料。
前面談到目前Stratasys公司可以提供10種熱塑性材料與120種噴墨式光敏樹脂材料，擁有幾百項專利。他們未來最大的挑戰仍是不斷開辟新型材料，包括金屬材料。對于目前國內有業者推出基于玉米的3D打印材料，Stratasys公司創始人、董事會主席Scott Crump表示這只是炒作，沒有商業價值。“我們挑戰還在于混合不同的材料進行打印，這個挑戰已在不斷攻克中。”他表示。
他介紹，已經商用的基于Objet獨特的PolyJet Matrix技 術，可以在單一構建中打印具有不同機械或物理特性的多種模型材料組成的零部件。PolyJet Matrix技術為各個領域提供了無限商機：最終產品外觀效仿，感覺與功能測試，使其比以往更貼近最終產品。而更具革命性的是，該公司創新的即時構建數碼材料Digital Materials技術，使用戶能夠預先設置材料的機械特性，進而創建復合材料。 對于目前業界談論較多的金屬材料打印問題，他不愿意多作回答，僅神密地表示這是他們的一個研究方向。“3D打印未來的發展方向有三個：一是讓Polyjet噴墨打印具有更精細的畫質；一個是能進行3D彩色打印；第三是則能打印出藝術性更強的產品。”
PolyJet噴墨技術的工作原理是以超薄層(16μ)的狀態將感光聚合材料一層一層地噴射到構建托盤上，直至部件制作完成。而最新的PolyJet Matrix的工作原理是其雙噴嘴可以選擇多種材料組合方式，包括同時噴射兩種不同剛性材料，兩種柔性材料，一剛一柔，任一種模型材料和透明材料，或任兩種相同材料等。每種材料均存放在專用的液體系統以連接到載有八個打印頭的PolyJet Matrix裝置。每種材料包括支撐材料指定了兩個完全同步的打印頭。PolyJet Matrix技術可以控制每個打印頭上的九十六個噴嘴中的任意一個，可以根據所處位置和模型類型從指定的噴嘴噴射事先調整好的模型材料，全面控制噴射材料的機械特性。這種復合型材料稱為“Digital Material”數碼材料，可以根據材料性能指標如拉伸強度，極限拉伸率，熱變形溫度以及Shore A彈性值與實際產品材料進行匹配。材料以超薄層的狀態被一層一層地噴射到構建托盤上，直至部件制作完成。每一層感光聚合材料在被噴射后立即用紫外線光進行固化，從而制作出完全凝固的模型，可以立即進行搬運與使用，而無需事后凝固。可以用手或者通過水槍噴射分離方式很容易地清除為支撐復雜幾何形狀而特別設計的凝膠體狀支撐材料。
兩種不同的3D打印方式及對應的應用。
Stratasys研制的具有不同機械特性的3D打印材料。
這個腳模則是采用不同材料打印而成
合并之前，兩家公司2011年的總收入為2.77億美元，而據第三方數據顯示目前全球3D打印及耗材配件的市場總值是15億-20億美元。“所以，我們非常歡迎競爭，3D市場才剛剛開始。”新Stratasys公司CEO David Reis表示，“目前全球CAD設備有1400萬套，我們預測未來每年由2D CAD轉3D CAD的業務將達到100萬套，這是一個巨大的機會。”他表示公司目前已售出二萬套3D打印設備，未來的目標是一百萬套。
Stratasys公司目前擁有500多項專利，核心專利是FDM與噴墨式PolyJet技術和相關材料，都是可直接從3D CAD文件或其他3D立體數據中制造產品原型或制成品。由于FDM專利在一年前已到期，現在全球涌現出80多家FDM的3D打印廠商，“我們正在探討基于FDM上的更高一層的專利，比如熱能控制等。”他透露。“競爭對手容易模仿的是簡單操作專利，而對于復雜的專利比如說支撐系統、材料等是他們模仿不到的。”他評論道。
對于3D打印在家庭市場的應用，David認為還不到時間。他指出：“如果我們要讓3D打印在家庭市場普及，首先我們要讓設備操作簡單，像普通打印機一樣按鍵則操作，而不是通過CAD專業人員才能實現。第二，當然家庭打印設備需要更便宜和更可靠，否則售后也是一個問題。”他分析認為，目前3D打印仍是主要在工業與醫療應用領域，新興應用包括珠寶首飾應用。
此外，對于工業級的3D打印設備，如果欲快速普及，也需要克服以下幾個挑戰，David認為一是要有更多的材料供選擇；二是打印出的物件強度各個方向要一致。“當然，我們的ABS打印材料打印出來的物體強度已經與傳統的鑄造模型很接近，但是仍需努力。”他稱。
目前業界三種不同的3D打印平臺
3D打印設備已具有很大的商業前景，價格也不貴，最便宜的才一萬美元。
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