卡尔·巴斯:解读3D打印的真相、神话、未来
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  OFweek工控网讯:《连线》杂志网站日前发表3D设计、工程和娱乐软件公司Autodesk总裁兼CEO卡尔巴斯(CarlBass)的一篇文章,从业内人士的角度阐述了3D打印领域的现状和前景。巴斯认为,虽然3D打印最近引起众多关注,但这项技术无法取代其他生产工艺,而且面临着材料、成本等方面的诸多限制,商业模式亟需改进。另外,3D打印有两个重要的研究方向:打印具有功能和逻辑的电子产品,以及生物打印。

  最近一家风投公司宣布将向工业级3D打印领域投资3000万美元,办公用品公司史泰博(Staples)也将成为美国首家面向消费者销售3D打印机的大型零售商。这些消息表明,3D打印已经达到了其拐点。或许也是炒作点。

  这项技术已经有数十年的历史,但现在才具备了一个生态系统(包括我自己的公司在内),使其能够突破生产商的局限,进入主流平台。因此,我经常被要求站在一个业内人士的角度,阐述3D打印的热度与现实,以及它的发展前景。

  3D打印不会取代其他生产技术

  3D打印确实是一项重要的制造工艺,因为无论外观多么复杂,它总是能制造出来。其他制造工艺,就算已经实现工业化数十年,经常在复杂的几何形体面前束手无策,但3D打印机可以用同样的便捷,打印出最精细的外观和最简单的形状。

  过去我们从未有过这样一项技术,能够随心所欲地将自己的想法转化为实际物体,几乎无需考虑现有设备或技术。然而,就像微波炉无法取代其他烹饪工具一样,3D打印也不会取代其他生产技术,更不用提取代工业级的生产技术。它只能作为一个补充工具。

  事实上,3D打印仍然是一项极不成熟的技术。我们给3D打印赋予了一个神奇的光环,就像科幻小说一样,但只要使用3D打印机一段时间,你就会立即感受到自己需要更快速的制造时间、更高质量的打印、更大的原型产品、更好和更便宜的材料等。

  3D打印领域需要一则类似于摩尔定律的定律

  尽管3D打印描绘了无限复制的前景,包括复制丢失的零件、鞋、身体器官、乐器,甚至是枪支,但还有一个关键的事实:3D打印虽然不受复杂性限制,但它受制于体积大小。这就出现了三次方定律。

  随着体积的增加,成本、打印时间、材料数量都会成倍增长。因此,如果我们想要打印两倍体积的物体,我们需要花费8倍的时间和8倍的成本。如果想要打印三倍体积的物体,那么需要花费27倍的成本和时间。以此类推。

  3D打印生态系统正在发生变化

  3D打印的三次方定律带来的限制,以及不受复杂性限制导致的体积增加,应当成为任何3D打印发展讨论的考虑因素。不过任何介于这两个恒量之间的因素都在持续发生变化,这其中包括3D打印的质量和速度,另外越来越多的个人和公司正努力克服当前的限制,扩大这项技术的使用范围。

  当前最常见的3D打印方式是用比面包盒还小的打印机,打印塑料机器,设备既包括RepRap等开源打印机,也包括3DSystems推出的Cube(这也是史泰博销售的3D打印机)等现货供应的打印机。另外还有MakerBot等低成本的商用打印机,以及Stratasys和EOS等公司推出的更加昂贵的工业级打印机。

  不过这个生态系统里不只有打印机。3D打印只是不断加快的软件控制生产趋势的组成部分,这个趋势不仅令3D打印机,还有激光切割机、车床、刳刨机,工业机器人等越来越强大,越来越便宜,越来越实用,因此普通用户也越来越易于使用。软件令这个领域更加民主,就像PC令计算领域更加民主一样。

  3D打印需要更好的商业模式

  随着当前塑料材料不断改进,3D打印材料和产量也不断增加。现在的大型工业打印机可以打印金属、橡胶、陶制品,甚至是塑料。然而,很多评论者过于着重关注打印材料限制,因此忽略了更加重要的一点:成本。

  一般来说,一台3D打印机在其一生的使用时间里,会使用长达数英里的材料(实际上就是塑料卷轴)。因此,很多生产商采用了剃须刀和剃须刀片的商业模式:也就是说,3D打印的墨盒商业模式。这使得3D打印机与常用打印机在采用材料方面几乎没有任何区别,但是消费者的成本却增加了百倍。因此,我认为这个领域应当出现一种全新的商业模式,有助于扩展3D打印技术的使用范围,并提升市场活力。

  以下这些是重要的研究方向:

  最近关于3D打印的每一则消息都能引起轰动,因此很难说出哪些寻常普通,哪些值得关注。3D打印的每个领域都在时刻发生更新,尤其是可打印的物体,无论是替换部件或是全新设计,无机或是有机材料,从微小物体到一座房子,从地球到太空。

  我认为,需要着重关注的两个领域是:打印电子产品(即不仅仅是物体,还要具备逻辑和功能),以及处于萌芽状态的生物打印。后者是3D打印机最令人兴奋的前景之一。例如,维克森林大学的安东尼阿塔拉(AnthonyAtala)博士已经率先实施了一项工作,成功打印并移植了人体尿道。圣迭戈的Organovo公司打印出了具备机能的人体组织,可以应用于医疗研究和临床应用。另外CraigVenters和CambrianGenomics(我对这家公司进行了小规模投资)等公司甚至在打印人类DNA序列组。

  3D打印领域的另外一个重要方向是关于建筑规模的3D打印,例如加州大学伯克利分校的罗恩拉尔(RonRael)正在研究新型低成本有机材料,南加州大学的鲍里斯贝罗克科什尼维斯(BorisBehrokhKhoshnevis)正在试验3D打印完整规模的建筑物。

  欧洲空间局和知名建筑与设计公司Foster+Partners已经开展合作,共同设计和3D打印一个月球基地,不过这个理念的最美之处在于它计划完全使用月球上的土壤作为打印材料。这一点很重要,因为这有助于摆脱材料限制,将3D打印原料从供应转变为寻找。另外也有人通过黑客手段使一台3D打印机完全使用废弃材料,使3D完全实现循环利用和再利用。

  下一个转折是从原型转化为限量生产

  3D打印和软件控制生产领域的其他技术趋势从根本上改写了大规模生产的规则。我们不必再为了降低成本和提高质量而大规模生产某个产品,我们能够以合理的成本,较小的产量获得高质量的产品。

  有这样一个趋势正逐步显现:3D打印不仅仅是快速打印小型塑料部件的原型,还可以应用于小批量生产。不过我认为3D打印并不会取代低成本的生产方法。

  想想美国在线打印公司Kinko的模式,它并没有取代桌面打印机或者印刷厂,但仍然在打印领域扮演重要角色。通过3D打印,Shapeways等公司扩大了打印机硬件和软件控制生产的生态系统,提供了3D打印和设计服务。另外还有一些设计智库,例如Thingiverse和Instructables(为Autodesk所有)进入了这一领域。

  虽然基于收费、高成本、耗时耗材料的商业模式很容易打破,但这毕竟就像是在赛马比赛里只有一匹小马,难以保证胜利。在这个领域,最早出手者并不一定会拿到优势,还需要有一个真正丰富和繁荣的社区,这才是在竞争激烈的领域里脱颖而出的关键。

  我认为,3D打印不能像大规模生产一样用同样方式生产所有商品,而应当从限量生产高价值产品开始,例如修复类设备,或者珠宝等需要预订的商品。大多数3D打印都将是个人和定制商品,这类似于我们当前对墨盒打印机的使用方式。就像选择、编辑、烧录成为数字音乐的主题模式一样,未来我们会看到现实世界出现类似的事情:拍照、编辑、打印(或者下载、编辑、打印),只需使用手机摄像头就可以让计算机运行。

  3D打印无法将生产业务带回美国

  那么,这种能力会不会将生产业务带回美国和其他发达国家呢?会,也不会。它有助于推动国内生产,但并不是以同样的方式,也不会将过去失去的就业岗位带回美国。未来的产品公司将会把设计、工程和生产更加紧密地结合起来,快速生产原型产品和小规模投产的能力对公司成功至关重要。这意味着,未来的就业岗位仍然需要高技术人才,而这些人才同样需要数字能力。

  或许要想真正理解计算机在下一代生产中发挥的作用,唯一的方法就是忽略它。融资平台Kickstarter上有一款令人感到愉悦的3D打印设备,名为3Doodler,它无需连接计算机,目前已经融资超过200万美元。你可以将它握在手里,在空气里画画,实际上就是在它上面堆积可融塑料。这就像是在空气里用湿沙子堆积城堡。因此,虽然这项革命看似以硬件为中心,实际上微处理器和软件是不可或缺的。

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