瞿敬柏

（上海交大附中，上海 210000）

引言

3D 打印技术作为一种新兴制造技术，是以数字化控制的方式将材料逐层累积来实现三维物件的构建。因其在复杂结构的快速制备、微观结构的精确控制、打印材料的高利用率等方面的显著优势，一度被认为是引领全球第三次工业革命的重要技术，在多个领域均得到了广泛关注和显著发展，包括航空航天、汽车制造、机器人制造、医疗卫生等方向。但是，目前大多数应用是面向工业领域的，在面向广大老百姓的日常消费领域的应用还非常有限，其背后原因值得思考。在此笔者对消费级3D打印遇冷的原因进行梳理和分析，并尝试性地提出了未来发展的趋势。

一、3D打印技术

“3D打印技术”为大众普遍的叫法，学术界给予的学术名称为增材制造技术（AM），又称为快速原型技术（RPM）。3D 打印技术的实质是借助于相关计算机软件，以数字化模型文件为基础，选取粉末状金属、液体状或塑料等粘合材料，利用特定的快速成型设备，通过分层加工、叠加成型的方式制作出真实的三维实体产品[1-2］。3D 打印技术与传统的“减材加工”技术具有截然相反的制造理念。传统的制造技术一般是在原材料基础上，通过车铣刨磨等工艺方法，将多余部分去除后得到零部件，进而通过焊接、拼装等装配组合技法形成最终产品，整个生产研制过程需消耗大量的人力、物力和财力。而 3D 打印技术的整个生产研制过程中不再需要模具和机床等设备，借助于计算机辅助设计软件，通过逐层堆叠累积的方法生成理论上可打印任何形状的产品，大大缩短了产品的生产研制周期，且通过“增材加工”大大减少了材料耗材，使生产效率得到有效提高，生产成本大大降低[2］。

二、消费级3D打印技术的应用瓶颈

1.概念炒作与民众的低期望

3D打印作为一门新技术诞生不过30多年，在很多领域都有应用。但这些应用离民用普及还有很长一段距离。媒体为了夺人眼球，常常会过度炒作，仿佛3D打印无所不能，这让人们产生了极大的认知误差，导致了不良体验。全球研究分析机构Gartner在2014年推出的技术发展趋势报告指出，消费级3D打印处于炒作期，而工业级3D打印处在稳步爬升期。根据目前现状可预测，消费级的3D打印处在期望降低的阶段，炒作与低期望的对比无疑是3D打印技术遇冷的主观原因。

2. 成本高、材料单一、使用者不好掌握

（1）打印技术与中国古代活字印刷术的对比分析

在唐朝时期，劳动人民发明了雕版印刷术，之后被广泛使用，这得益于科举考试创立后对文学典籍的巨大需求。公元1000年，毕昇发明活字印刷术，大幅提高了印刷效率，但却不曾被广泛使用。到公元14、15世纪，约翰古腾堡结合活字印刷术加以改进，成为西方活字印刷开山鼻祖。

活字印刷在宋朝是否红极一时我们无从知晓，但它后来的遇冷却是铁一样的事实。最主要的原因就是成本高、需求低、操作繁琐。这和3D打印现今所处的状态类似。由于3D打印机的成本与产品质量问题，一般只有企业会订购，私人用的3D打印机偏少。消费级3D打印机虽然价格较低，但因产品质量问题导致最终产品精度低。高价格的3D打印机虽然精度达到了预期，但推广难度大，一般只有企业会大量订购高价格的3D打印机。对于3D打印的产品需求大多是加工零件和研究用途，商业产品少。三维设计、仪器操作也对信息技术有较高要求。因此3D打印炒作期后的短暂遇冷也并不奇怪。

（2）可用于3D打印材料的限制

3D打印相比于半人工半机械化生产虽然又进一步提高了效率，但是到目前为止面对消费级受众所使用的材料仍然非常有限[1-2］。以当前最主流的三种工作机理来分析。其中熔融沉积（Fused Deposition Modeling,FDM）是通过将丝状的热熔性材料加热至融化，挤出成线条并堆积成型。主要使用的是塑料线材，以ABS、PLA为主，由于线条的堆积而导致层与层之间的结合不牢固；另外往往还需要使用支撑材料，这些支撑材料最后大多被舍弃，浪费较大[3］。而光固化成型技术（Stereo Lithography Apparatus,SLA）是利用光敏树脂作为材料，在紫外光或者其它光源照射使其凝固，当前市售的光敏树脂价格高昂而且存在对光敏感以及难以长期保存的缺陷[4］。选择性激光烧结（Selecting Laser Sintering, SLS）是利用粉末材料在激光照射的作用下烧结而层叠堆积成型，主要使用的是金属或者陶瓷粉末且粉末材料的要求较高。粉末粒径过大则降低了打印的分辨率，粉末粒径小则需要高度的研磨处理过程，成本增加明显；另外细微粉尘的工作环境也对使用者的健康存在较大的影响[5］。因此打印材料发展程度不够，也是3D打印技术不能完全取得现阶段工业主导地位的原因。

三、消费级3D打印技术未来发展的路径

1. 长尾理论在消费级3D打印技术中的启发

3D打印的特征在于个性化、小规模化。传统的企业工厂并不能全部满足现代对于高设计感、定制化产品的需求。此类产品在经济学二八定律（意大利经济学家帕累托发现，在任何一组东西中，最重要的只占其中一小部分，约20%，其余80%尽管是多数，却是次要的）的描述中属于“八”，也就是不被企业重视的一部分。然而3D打印产品却能很好地满足这类个性化需求，即反规模经济。尤其是引入了互联网+和云制造后，将这些3D打印企业进行联合重组，构成一个庞大的体系，将小利润市场的总和进行累加。当用户基数达到一个层次后将会形成一个相对稳定的规模市场。这就是长尾理论（众多小市场汇聚成可产生与主流相匹敌的市场能量）在消费级3D打印技术中的应用启发。

2. 生产体系的建立——云制造

古腾堡之所以能成为欧洲历史上的一位重要人物，主要是因为印刷术得到了广泛的利用。首先，他将原本在中国是木制的底板改为了金属，更为结实耐用，效率得到了提高。其次，当时正值文艺复兴的开端和宗教的盛行，印刷圣经无疑是既神圣又庞大的工作。就这样，一个最为简单的生产体系得到建立——古腾堡，大量的工人，大量的消费者。

从这里，我们可以类比地分析3D打印技术。普通的机械化生产就像雕版印刷，而3D打印就如同活字印刷。3D打印无疑提高了生产效率，但如今并没有大范围被工厂所运用，机械化生产和手工生产仍然作为主流的生产模式。这并不是说3D打印不被认可，而是没有一个完整的生产链。3D打印如果只是单一地作为生产工具，其带来的新鲜感和热度自然会随着时间的推移而消逝。时代的发展速度永远在提高，如果不能建立有效的生产体系，其被埋没的可能性会很大。

基于以上的分析，目前与互联网时代最为契合的生产模式是3D打印+云制造。

3. 3D打印与云制造

从生产者的角度来说，3D打印的高成本一方面来源于打印原材料，另一方面是打印机本身。云制造的核心理念在于资源的共享与整合，这正好可以与高成本的3D打印产业进行结合，达到低成本、高效率。这里可以与淘宝网站的运作模式进行一个类比。淘宝的核心是网站（app），把各种商家联系在一起，整合各种各样的资源，达到近乎“万能”的程度。云制造则是用网站（app）将不同的3D打印企业联合，构筑一个庞大的3D打印工厂，形成规模效应和集聚效应。

对于普通消费者来说，3D打印技术满足的更多是个性化、私人化的定制产品需求，这也是契合时代潮流的。随着全面建成小康社会的临近，人均可支配收入的提高必然带来新一轮的消费刺激。3D打印技术使私人定制式的产品又走近了老百姓一步。一方面，3D打印技术在一次次突破中降低成本，另一方面，人均收入在稳步增加，个性需求愈发强烈，相信在不久的将来，3D打印的普通消费时代将会到来。

4. 政府对新兴产业的扶持

中国古代统治者重农抑商和重农轻技的思想观念是极为深刻的，对于活字印刷术的扶持也自然是不足的。那么在科技作为第一生产力的今天，政府对于3D打印产业这样的新兴产业的扶持就更为必要。这种政府的必要扶持被概括为幼稚产业保护理论。虽然如今的欧美国家普遍采取的是高度开放的自由主义经济模式，但在其经济起步阶段无一例外地对于战略性产业进行了扶持，稳固其地位，在其社会经济地位达到一定高度后再采取更自由的经济模式。3D打印是否是战略性产业并不能准确判断，因为战略性产业的定义是一种事后评价，但其在未来消费领域，工业技术革新的作用不可小觑，对其进行适当的扶持是合理的选择。

5. 用户创新与3D打印

在《市场需求与新兴产业演进》[6］中，作者分析出市场需求与产业分工之间存在双向推动和直接驱动作用，并且提出了用户创新对于新兴产业具有能动效果。用户通过创新，或进行具有商业潜在价值的改造，或开发新产品满足需求，进而进行技术化、商业化，形成成熟的产业。此理论完全适用于3D打印。设计师在进行三维建模时就是在一次次进行用户创新，将3D打印产业逐步推向成熟。

结论

由于概念炒作、高成本、少材料等一系列原因，3D打印在最近遭到冷遇。但是通过长尾理论分析后发现，以3D打印+云制造作为基本运营模式，外加政府扶持和用户创新的作用，3D打印与普通老百姓的生活将越来越近。

可以预期，未来N年后，当人们对于自己想买的东西有独特的想法后，他可以将他的想法发到网上，不同国家的设计者都可以看到并且展开设计，同时不同国家的公司可以把用户满意的设计形成产品生产出来，最后邮寄到用户手中，3D打印的“云时代”正可期。