早期三維打印的例子發(fā)生在20世紀80年代，在20世紀80年代中期，美國德州大學奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發(fā)出SLS設(shè)備并獲得專利，此后陸續(xù)有三維打印設(shè)備申請專利，早期的三維打印機體積大，制做費用及打印成本非常高、所能制造的產(chǎn)品也非常有限。
1995 年在麻省理工學院創(chuàng)造了“三維打印”術(shù)語，當時的畢業(yè)生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水擠壓在紙張上的方案。該專利隨之而來的是現(xiàn)代的三維打印企業(yè)Z公司(Bredt 和Anderson創(chuàng)立)和ExOne公司。
隨著科技的進步，三維打印的領(lǐng)域不斷拓展，專利不斷出現(xiàn)并被陸續(xù)推向市場。
1、三維打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化
三年前尚處于技術(shù)前沿的3D打印如今已成制造業(yè)中的新興戰(zhàn)略領(lǐng)域。2012年8月，美國總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬美元，在俄亥俄州建立了國家級3D打印添加劑工業(yè)研究中心，并計劃第一步投入5億美元用于3D打印，以確保美國制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國和印度。長期跟蹤3D打印行業(yè)的咨詢公司W(wǎng)ohlersAssociates表示，2011年，3D打印機的市場規(guī)模為17億美元左右，到2015年該市場將達37億美元。目前全球有兩家三維打印機制造巨頭，分別為Stratasys和3DSystems，均在美國納斯達克上市。不過，這一數(shù)字僅占全球制造市場的0.02%。在飛機、核電和火電等行業(yè)所使用的重型機械、高端精密機械裝備上，傳統(tǒng)的焊接和零部件加固的方法使得部件之間的連接并不牢固，但是使用3D打印技術(shù)，出來的產(chǎn)品是自然無縫連接，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強度要遠遠高于傳統(tǒng)方法。這在飛機、核電等高端裝備制造行業(yè)的應用上非常廣泛。
其實，3D打印更是一種生產(chǎn)方法，在學術(shù)上被稱為增量制造。與傳統(tǒng)制造業(yè)的減法制造不同，這是一種通過層層迭加的方式，將融合材料從3D模型數(shù)據(jù)制作成實際物體的過程。由于該生產(chǎn)方法與計算機技術(shù)緊密相連，因此國內(nèi)一批從事信息技術(shù)的企業(yè)也跨界進入3D打印研發(fā)領(lǐng)域。隨著美國有關(guān)3D打印的代碼專利在前幾年到期放開后，3D打印機的生產(chǎn)已經(jīng)變得非常容易，這也正是近年來3D打印技術(shù)在全球掀起應用熱潮的一個重要原因。
2、全價值鏈模式
3D Systems公司(DDD.NYSE)是全球最大的3D打印機生產(chǎn)商和解決方案提供者。從2009年收購桌面工廠(Desktop Factory)以來，3D Systems陸續(xù)收購了25家公司以補充產(chǎn)品線和提升技術(shù)實力，其如今的規(guī)模是2009年底的3倍，市值是當時的10倍，達近24億美元，目前市盈率高達75倍。公司首席技術(shù)總監(jiān)查爾斯·胡爾(Charles W.Hull)是3D打印技術(shù)的發(fā)明者，1988年，該公司就生產(chǎn)了第一臺3D打印機2012年5月，3D Systems通過一款新型打印機“立方體”(Cube)打開了日常消費市場，它的自帶程序里已預先裝載大量物品設(shè)計圖，比如棋子、首飾、廚具等，操作簡單易上手，顧客無須學習復雜的3D 設(shè)計軟件，便可直接打印所需物品。
3DSystems向客戶提供“一站式”全套增值解決方案，包括硬件、軟件、材料、工藝、教育培訓和應用支持。它不僅提供打印機，還出售打印機配套的原材料、相關(guān)設(shè)計軟件，并為客戶提供培訓，其解決方案涉及模具、醫(yī)療、教育、珠寶、建筑等行業(yè)。近年來，服務在公司收入中所占比例越來越高，2011年公司服務收入已達9312萬美元，占比由2007年的23.2%升至40%。在服務、原材料和打印機三塊業(yè)務的整體拉動下，公司2011年收入同比增長44%至2.3億美元，凈利潤更是飆升81%至3542萬美元。
3、互聯(lián)網(wǎng)服務提供商
Shapeways并不直接出售打印機，而是通過社交網(wǎng)絡(luò)把“全價值鏈”搬到了線上。用戶在網(wǎng)站注冊后，既可以把自己的產(chǎn)品設(shè)計上傳到網(wǎng)站，也可以購買現(xiàn)有的3D設(shè)計圖，再選擇和購買原材料，就可以下單，公司會將打印出來的成品送貨上門。
此外，用戶也可以在線展示和銷售產(chǎn)品，并將產(chǎn)品賣給其他人。2011年Shapeways已經(jīng)印制了75萬種產(chǎn)品，最受歡迎的是珠寶首飾、iPhone手機套和玩具火車，使用的材料包括塑料、不銹鋼、銀、陶瓷和玻璃。目前，Shapeways還在研發(fā)更多的3D打印原料，如木材、蠟甚至鈦、金等高端金屬。
4、產(chǎn)業(yè)鏈初具雛形
在3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈上，不僅有挑大梁的打印機生產(chǎn)者，還有原材料供應商和相關(guān)軟件提供商。在3DSystems和Shapeways等力爭通吃“全價值鏈”的同時，更多的公司在這個新興行業(yè)掘金細分環(huán)節(jié)。Stratasys公司(SSYS，NASDAQ)主要以生產(chǎn)3D打印機為主，產(chǎn)品涵蓋桌面打印機、辦公室打印機和工廠打印機。公司2011年收入1.56億美元，凈利潤2063萬美元。2012年4月，Stratasys收購了以色列巨頭Objet，合并后市值達到14億美元，對3D Systems的霸主地位形成挑戰(zhàn)。在原材料領(lǐng)域，Xerox PARC公司正在研發(fā)傳感器、晶體管等電子產(chǎn)品的打印材料，一旦成功，將意味著消費者可以自行設(shè)計打印手機或者MP3等。應用軟件領(lǐng)域，工程師和程序員不時共享代碼和設(shè)計，越來越多免費開源軟件的出現(xiàn)，降低了3D打印的設(shè)計成本，如123D、OpenSCAD、Tinkercard等。
5、三維打印進入商用時代
商業(yè)模式漸趨成熟，產(chǎn)業(yè)鏈基本成型。海外公司紛紛試水三維打印，爭奪制造業(yè)新生產(chǎn)力的高地。你是否想擁有一個哆啦A夢的百寶袋3D打印機的出現(xiàn)讓這個夢想幾乎觸手可及。只要擁有一臺3D打印機，你就可以在自家“變出”各式各樣的寶貝。目前，人們已經(jīng)用它打印出了汽車、巧克力、假肢、比基尼泳衣甚至房子。或許，在不遠的將來，你可以用它來制造各種所需的物品。
6、桌面上的創(chuàng)意工廠
與傳統(tǒng)制造業(yè)的去除材料加工技術(shù)不同，3D打印遵從的是加法原則。打印時，先用相關(guān)軟件將產(chǎn)品圖紙轉(zhuǎn)化為3D圖像數(shù)據(jù)并上傳電腦，放入相應的材料后，打印噴頭就會根據(jù)圖像數(shù)據(jù)一層一層地將東西打印出來，再堆疊在一起成為一個立體物品。例如，如何利用3D打印機打印出一個和自己笑臉一模一樣的巧克力呢?首先，你可以通過3D建模軟件，如123D或者Photofly，將iPhone或普通卡片機中的照片轉(zhuǎn)換成3D圖像數(shù)據(jù)，上傳到電腦后，就擁有了自己的三維設(shè)計圖。“油墨”則是液態(tài)巧克力，把巧克力融化后，裝進打印機中的儲存器，按下“打印”鍵，打印機就會根據(jù)圖像數(shù)據(jù)把液態(tài)巧克力一層層堆疊成你的笑臉形狀。每層巧克力打印出來后，必須經(jīng)過凝固才開始下一層打印，加裝保溫和冷卻系統(tǒng)即可保證巧克力的粘稠度和溫度。
這種3D巧克力打印機已于2012年4月上市，它被命名為“ChocEdge”(巧克力邊緣)，在eBay上售價高達2500英鎊。英國最大的巧克力生產(chǎn)商桑頓斯已經(jīng)和“巧克力邊緣”接洽，商談合作事宜。網(wǎng)絡(luò)禮品銷售商“find me a gift”也對其表示出了興趣。
大多數(shù)桌面級3D打印機的售價在2萬元人民幣左右，一些國內(nèi)的仿制品價格可以低到2000元。但是據(jù)3D打印機代理商透露，這類3D打印機雖然價格低，但質(zhì)量很難保障。
在打印一個物品之前，人們必須會懂得3D建模，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D打印機能夠讀取的格式，最后再進行打印。對拓斯達桌面級3D打印機來說，不但能打印塑料產(chǎn)品，而且對于家庭、教育、娛樂、醫(yī)學用戶來說，1至2萬元一臺3D打印機的使用成本并不算貴。預計廣東拓斯達科技研發(fā)的3D打印隨著消費者需求的更加個性化，未來幾年將會受到市場熱切追捧。
拓斯達是東莞3D打印技術(shù)聯(lián)盟理事長單位，同時也是創(chuàng)客聯(lián)盟發(fā)起人之一，他們通過切實提升3D打印的技術(shù)水平和推廣應用，彌補中國3D打印產(chǎn)業(yè)的短板和軟肋。比如材料研發(fā)、軟件開發(fā)、創(chuàng)意設(shè)計、商業(yè)模式創(chuàng)新等，而不是盲目跟風，炒作圈錢。東莞政府已出臺有針對性的政策措施，一方面對3D打印的基礎(chǔ)研究和開發(fā)階段加大扶持力度;另一方面引導大家使用3D打印，擴大應用范圍。
為緊抓3D打印的發(fā)展機遇，拓斯達科技公司高薪聘請了加拿大黃教授加快3D打印設(shè)備及材料的產(chǎn)業(yè)化。國外生產(chǎn)的3D打印機高達幾十萬元，而拓斯達3D打印機平民價格，讓中小企業(yè)和普通老百姓都用得起，也大大促進了3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。廣東省內(nèi)從事3D打印業(yè)務的廠商和企業(yè)數(shù)量并不少，市面上的3D打印設(shè)備價格更是從幾千元到上千萬元不等，行業(yè)競爭逐漸增大，像拓斯達一樣真正具有技術(shù)和服務優(yōu)勢的企業(yè)將在競爭當中占據(jù)有利形勢。
該公司技術(shù)團隊看中的是3D打印在工業(yè)領(lǐng)域巨大的應用市場。作為一種新生產(chǎn)方式，3D打印最早也是用于工業(yè)領(lǐng)域。而隨著技術(shù)的成熟，3D打印可適用的制造行業(yè)在不斷擴大，并突破了模具樣品生產(chǎn)的范疇，可直接生產(chǎn)成型產(chǎn)品，讓整個市場規(guī)模一下子得到巨量釋放。
3D打印就像一種“通用”技術(shù)，從研發(fā)、設(shè)計到生產(chǎn)制造，幾乎每一個環(huán)節(jié)都可以用到。而在以“世界工廠”著稱珠三角地區(qū)，這項技術(shù)的應用前景和市場是非常樂觀的，用3D打印技術(shù)來縮短手板制作時間，降低開模成本，加速新品研發(fā)。廣東拓斯達科技股份有限公司3D打印中心黃向峰教授認為3D打印產(chǎn)業(yè)具有十分光明的前景，“在未來發(fā)展過程中，我們期待行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化程度進一步提高，也希望社會和市場各個領(lǐng)域?qū)τ?D打印的應用能夠得到進一步普及。”
走入廣東拓斯達科技股份有限公司3D打印中心，辦公室內(nèi)陳列了大小不一、型號各異的數(shù)個3D打印設(shè)備。“最早的時候，我們公司從事的是汽車零件、連接器、手機、家電、IT電子數(shù)碼、導光板類業(yè)務，因為看好3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景，我們‘投身’到了這個行業(yè)中來。”拓斯達科技董事長吳豐禮告訴記者，公司除了涉足3D打印機，目前主營注塑周邊自動化設(shè)備、機器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)鏈整體解決方案等服務。
作為省內(nèi)最早涉足工業(yè)制造、醫(yī)學、教育、娛樂等領(lǐng)域的3D打印服務商之一，公司曾與比亞迪、富士康、美的、勁勝等制造業(yè)巨頭，華南理工學院、清華大學和華中科大等機構(gòu)緊密合作。目前公司3D打印項目主要研究方向為用于工業(yè)、醫(yī)學、教育領(lǐng)域的3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化。公司投資3D打印項目，預計1—2年可以進入回報期，并爭取未來5年內(nèi)，占據(jù)3D打印細分市場較高的份額，成為國內(nèi)3D打印技術(shù)的領(lǐng)航者
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