- 相關(guān)推薦
當前家用3D打印機的局限與未來(lái)
近幾年，中國(北京)國際快速成型與3D打印技術(shù)展覽會(huì )在國展開(kāi)幕。這個(gè)展覽會(huì )與LED、物聯(lián)網(wǎng)等展覽擠在一起，規模不大。但開(kāi)展伊始，展區的20多家展位前就人潮洶涌、熱鬧異常，觀(guān)看者、問(wèn)詢(xún)者、體驗者絡(luò )繹不絕�，F場(chǎng)展示的3D打印機包括FDM、SLA和SLS等多種類(lèi)型，大體上涵蓋了工業(yè)級和桌面級的主流產(chǎn)品。值得注意的，相對于價(jià)格動(dòng)輒數十萬(wàn)元的工業(yè)級設備而言，觀(guān)眾的興趣顯然集中在適宜于家庭應用的桌面級3D打印機。
一時(shí)間展會(huì )扎堆、豪杰并起，似乎3D打印大潮已洶涌襲來(lái)、不可遏止。整體上看，3D打印技術(shù)在尖端制造、醫療、科研等領(lǐng)域均獲得成功的應用，并隱隱然有井噴之勢。但是具體到桌面級3D打印機，或者說(shuō)普通大眾更為關(guān)心的家用3D打印機，情況則尚不明朗。以當前最“時(shí)尚”的家庭應用——3D照相為例，僅打印10厘米高單個(gè)人像的價(jià)格就在千元以上;如果來(lái)個(gè)20厘米的情侶套裝，價(jià)格更超過(guò)5000元。如此高昂的打印成本，意味著(zhù)這一最受人喜愛(ài)的3D打印應用暫時(shí)還無(wú)法飛入尋常百姓家，更不用說(shuō)這個(gè)設備的重量足以壓壞一張書(shū)桌。
那么小編就近期對3D打印設備和廠(chǎng)家的調研，來(lái)談?wù)勛烂婕?D打印機在家庭的應用和普及仍存在的諸多限制。
桌面級3D打印機的局限性
1. 低價(jià)格設備的打印分辨率低、速度慢
如一般家庭可接受的FDM(熔融沉積成型)3D打印機的價(jià)位大致在3千元至3萬(wàn)元之間，相對可算“低廉”。但該類(lèi)打印機打出的物品表面粗糙，邊緣存在“臺階”效應，打印個(gè)小物件就需要花費數小時(shí)乃至數十小時(shí)，極其挑戰家庭用戶(hù)的耐心和審美觀(guān)，目前基本上可排除出實(shí)用市場(chǎng)。
2. 高分辨率打印設備的價(jià)格高昂
SLA(立體光固化成型)和SLS(選擇性激光燒結)打印機的精度高、速度快，但是最便宜的設備價(jià)格也要10萬(wàn)元左右。
3. 3D模型難獲得
打印物品需要先有該物品的3D數據或模型。這些模型要么由用戶(hù)手工創(chuàng )建或修改，要么通過(guò)3D掃描儀掃描。前者需要有深厚的3D設計和軟件操作經(jīng)驗，超出一般用戶(hù)的能力范圍;后者需要昂貴的3D掃描儀，價(jià)格基本上也都在10萬(wàn)元以上。
4. 可使用的耗材種類(lèi)很有限
主流3D打印機所使用的耗材(原料)通常為塑料、樹(shù)脂和金屬粉末，家庭中經(jīng)常用到食品、陶瓷、木頭、玉石、布匹等物品一般無(wú)法用桌面級打印機打印。
5. 只能打印簡(jiǎn)單材料的物品
常見(jiàn)的3D打印機都只能打印一、兩種耗材，復合材料的物品無(wú)法打印。即使可打印的材料，其強度、韌性和顏色等指標也經(jīng)常達不到實(shí)用要求。
6. 耗材價(jià)格昂貴
前面所舉的3D照相，是耗材昂貴的一個(gè)典型例子。最便宜的3D打印耗材——ABS塑料，價(jià)格都在每公斤百元左右。SLA和SLS型打印機所用耗材的價(jià)格更在每公斤千元以上。打印一個(gè)物品，所費原料的價(jià)錢(qián)就會(huì )比商店中的成品高幾倍乃至幾十倍。
7. 需要額外工序
只有極簡(jiǎn)單、要求極低的物品或一次性用品可在打印后直接使用。大部分物品都需要手工后處理工序，這些額外的工序使得3D打印無(wú)法做到“所打即所得”，會(huì )嚴重挑戰用戶(hù)的技能和耐心。
8. 維護不易
如：幾千元的FDM型打印機一般用戶(hù)根本搞不定;SLA涉及到有毒原料的保存問(wèn)題;SLS對工作環(huán)境要求相對苛刻，使用和維護工序復雜等。
問(wèn)題的核心與解決猜想
家用3D打印機的上述局限反映出易用性、通用性和價(jià)格之間的互相制約。而上個(gè)世紀70年代的個(gè)人計算機(PC)存在同樣的問(wèn)題，回顧PC產(chǎn)業(yè)解決這些問(wèn)題的方法，或許會(huì )對于解決家用3D打印機的問(wèn)題有所幫助。
1. 通用CPU+模塊化外設解決通用性問(wèn)題。
通用CPU的核心是通用指令集，對應于3D打印機的耗材處理器件和工序(例如FDM的耗材融化與擠出、SLA的紫外光掃描、SLS的激光燒結等)，使用一種通用耗材處理器件和工序通吃種類(lèi)繁多的所有耗材可能不現實(shí)，但是至少可針對具有相似特性的一大類(lèi)耗材建立一個(gè)標準化的通用處理模塊。在此大類(lèi)之內，不同廠(chǎng)家的耗材處理模塊可以互換甚至拼接，然后通過(guò)連接各種“模塊化”、“個(gè)性化”的外設實(shí)現對于具體材料的細分處理，盡可能擴大3D打印機的通用性，讓一款設備可以打印多種原料和類(lèi)型的物品。
2. 圖形化界面解決易用性問(wèn)題。
易用性問(wèn)題的解決相對簡(jiǎn)單，只要有足夠多用戶(hù)，就有望根據用戶(hù)的感受摸索出簡(jiǎn)單、可行的易用性改進(jìn)方案。對于3D打印機來(lái)說(shuō)，很可能是加入更多的自動(dòng)化、智能化模塊。例如把FDM打印機的輸出直接與打磨設備連接，根據同樣的3D模型對物體的邊緣進(jìn)行平滑處理，SLA和SLS也可按照類(lèi)似的思路辦理。甚至是維護問(wèn)題也有可能在加入足夠多的自動(dòng)化設備之后變得傻瓜化。
3. 提高集成度與大批量生產(chǎn)解決價(jià)格問(wèn)題。
PC價(jià)格的一路“平民化”得益于摩爾定律。3D打印行業(yè)也需要找到自己的摩爾定律，它或許存在于3D打印(除FDM外)的核心器件——激光器，也或許存在于某個(gè)仍待發(fā)現的新技術(shù)或新部件。MIT媒體實(shí)驗室在Kickstarter.com上的3D打印機眾籌項目Form1，通過(guò)使用藍光播放器上的的激光器成功的把SLA打印機的價(jià)格拉低至2500美元左右，就是一條極具啟發(fā)性的線(xiàn)索。另一方面，即使沒(méi)有發(fā)現3D打印界的摩爾定律，在解決了通用性和易用性之后，3D打印機的大批量生產(chǎn)也會(huì )極大的降低單臺設備的價(jià)格。
4. IBM的殺入與開(kāi)放標準的建立是PC產(chǎn)業(yè)的最終引爆點(diǎn)。
同樣，3D打印領(lǐng)域也需要行業(yè)巨頭推動(dòng)，建立開(kāi)放標準，帶領(lǐng)各類(lèi)單獨的設備、部件、器件生產(chǎn)商把市場(chǎng)做大。遺憾的是，即使在工業(yè)級3D打印設備領(lǐng)域(除了SLS領(lǐng)域的德國公司EOS)，也缺乏像當時(shí)IBM那樣的巨頭。這可能從一個(gè)側面說(shuō)明3D打印行業(yè)本身的積累尚未到達臨界點(diǎn)，把高端技術(shù)導入家用領(lǐng)域難以一蹉而就。
未來(lái)之路
上個(gè)世紀70年代是計算機產(chǎn)業(yè)的一個(gè)分水嶺。此前，計算機在發(fā)達國家的科研、教育、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域已獲得大量成功應用。但是微型計算機(或個(gè)人計算機——PC)卻還是個(gè)很稀罕的玩意，只在極客中流傳。1975年，蘋(píng)果的聯(lián)合創(chuàng )始人斯蒂夫·沃茲尼亞克組裝出第一臺APPLE I;同年，比爾·蓋茨從哈佛輟學(xué)，創(chuàng )建微軟公司。這兩個(gè)公司的天才創(chuàng )始人，擁有一個(gè)同樣的愿望：把PC擺放到每個(gè)人的書(shū)桌上。20年后，他們的愿望成真，PC成為最常用的個(gè)人辦公和娛樂(lè )設備。
回顧70年代的PC業(yè)，其發(fā)展軌跡清晰明了：不斷發(fā)展的半導體產(chǎn)業(yè)和集成電路技術(shù)帶動(dòng)了計算、存儲等器件的小型化和廉價(jià)化。一小撮電子愛(ài)好者拼命將這些器件拼裝起來(lái)，試圖出售給普羅大眾，至于這些電子玩具能做些什么，絕大部分的人并沒(méi)有清晰的認識。他們只是認為這個(gè)東西很酷炫、很重要，應該擺在每個(gè)人的書(shū)桌上。
而當前家用3D打印領(lǐng)域也彌漫著(zhù)同樣的氛圍：愛(ài)好者們孜孜不倦的改進(jìn)、組裝著(zhù)新機器，設備制造商和研究者賣(mài)力的鼓吹著(zhù)“第三次工業(yè)革命”。當然，現在還沒(méi)有人能夠信服的斷言3D打印機終究只是一個(gè)美好的夢(mèng)想，還是能夠顛覆行業(yè)的革命性產(chǎn)品。只是就愛(ài)好者的狂熱和業(yè)界的期待而言，3D打印似乎已經(jīng)到了技術(shù)突破的前夜。目前所缺乏的，是核心部件的成熟，以及一個(gè)類(lèi)似IBM的巨人把相關(guān)的工作標準化、產(chǎn)業(yè)化。
期待這一天早日到來(lái)，即使未來(lái)的3D打印機具有截然不同的工作機理和形態(tài)，只要它能夠擺在每個(gè)人的書(shū)桌上就行了。至于它都能用來(lái)做什么，答案已經(jīng)超出我們的想象能力。正如70年代的人絕對想象不到我們現在正在用PC做什么一樣。
【當前家用3D打印機的局限與未來(lái)】相關(guān)文章：
家用樓梯設計技巧03-21
家用卡座餐桌設計02-28
Java用于嵌入式系統的局限03-01
家用燈具選購技巧03-03
3D動(dòng)畫(huà)制作的過(guò)程03-15
3d魂斗羅怎么玩01-22
家用空調如何清洗03-18
電腦打印機安裝教程03-30