投稿來源：陳根
很難想像，作為近些年才被廣泛認識的3D列印，早在1983年就已經誕生。
2012年，英國《經濟學人》雜誌刊文，將3D列印技術視為「第三次工業革命」的重大標誌之一，這引起了全球的廣泛關注。然而，眼看著就可以造天造地、顛覆產業無所不能的3D列印在風靡一時之後，再一次遵循了令人無可奈何的技術成熟度曲線。近年來，3D列印一次次被熱炒，也一次次考驗著人們的耐心。
事實上，世界上到處都是前途無量、卻從未真正推廣的技術。那些成功普及的技術，往往得益於外部事件。無疑，對於3D列印來說，新冠疫情正是那個外部事件。
事實也確實如此，根據國內B2C跨境電商平臺全球速賣通的數據顯示，疫情以來該平臺上3D印表機的銷售額和去年相比已經翻了一番，儘管今年3D印表機的海外倉備貨大幅增加，但疫情之下這些備貨已被搶空。其中，4月份中國3D列印設備產量同比大幅增長344.7%。
3D列印何以如此？隨著技術的逐步成熟，3D列印又是否春天將至？從小眾走向大眾，3D列印還有什麼未經之路？
3D列印有所為
3D列印，顧名思義，三維列印。相較於常見的二維平面列印，3D列印有所同，也有所不同。
不論是二維平面列印還是三維立體列印，本質上都是一種列印技術。不同的是，平面列印最後以平面形狀的方式將文件內容列印出來。除了傳遞信息，平面列印並不具備實際的功能。相比於平面列印的文件，3D列印卻可以直接實現功能。
3D列印需將想要列印的物品的三維形狀信息寫入到3D印表機可以解讀的文件，再等3D印表機解讀文件後，以材料逐層堆積的方式列印出立體形狀。可以說，三維的形狀就是功能的基礎，列印出了形狀，也就列印出了功能。
此外，與「減材製造」相對，3D列印又稱為「增材製造」。對於現階段的製造業來說，目前通常所使用的材料加工技術多為「減材製造」技術，即對原材料進行去除、切削、組裝等加工，使原材料具備特定的形狀並可執行特定的功能。而「增材製造」則直接將原材料逐層堆積成特定的形狀，以實現特定的功能。
增材製造工作過程主要包括三維設計和逐層列印兩個過程：先通過計算機建模軟體建模，再將建成的三維模型分區成為逐層的截面，指導印表機逐層進行列印。相比於傳統的減材製造方式，增材製造無疑具備很多優勢。
一是縮短生產製造的時間，提高效率。用傳統方法製造出一個模型通常需要數天，這根據模型的尺寸以及複雜程度而定，而用三維列印的技術則可以將時間縮短為數小時。因此，相比減材製造而言，增材製造尤其適合製造形狀複雜的零部件。當然，這也受其印表機的性能以及模型的尺寸和複雜程度的影響。
二是提高原材料的利用效率。與傳統的金屬製造技術相比，增材製造機製造金屬時只產生較少的副產品。隨著列印材料的進步，「淨成形」製造可能成為更環保的加工方式。
三是完成複雜結構的實現以提升產品性能。傳統減材製造方式在複雜外形和內部腹腔結構的加工上具有局限性，而增材製造可以通過進行複雜結構的製造來提升產品性能，在航空航天、模具加工等領域具備減材製造方式無可比擬的優勢。
比如，一臺3D印表機可以列印出許多形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同的零件。對於傳統的工具機生產線來說，要加工不同形狀的零件，需要對產線進行複雜的調整。因此，增材製造尤其適合定製化的、非批量生產的物品。
事實上，一開始，3D列印主要是在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型，後逐漸用於某些產品或零部件的直接生產製造，包括在航空航天、工程施工、醫療、教育、地理信息系統、汽車等垂直領域都有所應用。
2015年，美國國家航空航天局（NASA）基於3D列印技術，列印出航空火箭發動機的頭部。這使得零件大量減少，焊縫也隨之減少，降低了火箭發動機出現故障概率的同時，使得迭代周期縮短、成本降低。
在杜拜，政府選擇用3D列印來建造政府大樓。3D列印建築主要作業由機器完成，一體成型，建築速度快，工人的作用多為操作和檢驗3D印表機的工作情況，因此對人力的需求比傳統建築行業少。
2019年，以色列特拉維夫大學宣布該學校實驗室3D列印出了一顆「心臟」，這不僅是一個外觀列印的心臟，這是世界上第一個利用患者自己的細胞和生物材料3D列印出的三維血管化的工程心臟，也就是具有血管組織的三維人造心臟。
而今年5月我國首飛成功的長徵五號B運載火箭上，搭載著我國新一代載人飛船試驗船，船上還搭載了一臺「3D印表機」。這是我國首次太空3D列印實驗，也是國際上第一次在太空中開展連續纖維增強複合材料的3D列印實驗。
顯然，隨著技術的逐步成熟，3D列印也不斷展現著其商業價值，但在從小眾走向大眾前，3D列印仍然面對一些懸而未決的困境。
3D列印的未經之路
當3D列印逐漸地走進人們的生產生活中時，人們也在一步步在把萬物皆可列印推向現實，巨大發展前景和廣闊應用空間令行業期待。但是同時，作為一項快速發展的技術，要想發揮3D列印的積極影響，仍有很長的路要走。
一方面，對於標準產品的加工，3D列印的規模效益不如傳統的加工方式。相比傳統的加工方式來說，3D列印製造過程中的固定成本更少，這導致在規模化生產標準產品時，3D列印製造的邊際成本下降不如傳統的加工方式。
比如，使用傳統的注塑方式加工一個橡膠零部件，所使用的模具屬於固定成本。由於產品是標準化的，批量加工該零部件時，就使得每個零部件分攤的該項固定成本變小。因此，利用該模具加工的零件趨向於無限多，則每個零部件均攤的成本趨近於0；而如果利用3D列印加工該零部件，不需要用到任何模具，因此即使用該技術批量加工完全相同的零部件，也不存在均攤的固定成本降低的情況。
另一方面，對於3D列印來說，當前可用的原材料種類仍然有限。從當前的情況來看，3D列印技術能加工的材料種類不如傳統加工方式多，主要有兩個原因：一是由於對於性質不同的原材料，往往使用的設備原理有所不同，因此可以使用的原材料種類的開發，受限於對應的設備研發進展。
二是由於3D列印的原材料往往需要特定的形態，例如金屬3D列印常使用金屬粉末作為原材料，且對金屬粉末的均勻度、含氧量、顆粒大小等都有所要求。相對於型材來說，粉末的加工難度更高，且相應的產業鏈尚不如傳統材料那樣廣泛而龐大。
而對於利用ABS塑料、光敏樹脂等非金屬進行的列印來說，目前市場上已經有比較多的原材料供應商，原材料的成本已經不是制約該技術發展的瓶頸。但對於金屬、高端聚合物材料來說，由於供應產能的限制，價格仍然比較昂貴。
此外，3D列印的零部件力學性能以及金屬3D列印在加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面仍有空間精進。同時，成品是否堅固耐用，用戶認知度是否提升，智慧財產權是否面臨更多的侵權風險都是3D列印在發展過程中必經卻未經之路。
3D列印承載未來製造想像
從3D列印的商業應用和市場化來看，經過30多年的發展，3D列印行業已經形成一條比較完成的產業鏈。包括上遊的製造3D列印設備所需的零部件、列印過程中所使用的各類原材料、設計和逆向工程所需要的軟硬體；中遊的3D列印設備及服務，下遊的航空航天、汽車、醫療、教育等下遊應用領域。
事實上，無論在全球範圍內還是我國市場內，3D列印的行業規模都呈現快速增長趨勢。據諮詢機構Wohlers Associates統計，2013年全球3D列印行業總產值為30.3億美元，2018年達到了96.8億美元，5年間的複合增速達26.1%。該機構同時預測，從2019年-2024年間，全球3D列印行業仍將保持著年均24%左右的複合增速。
相比全球平均水平，我國3D行業的市場規模增速更高，2013年國內3D列印產業規模僅3.2億美元，2018年規模達23.6億美元，5年的複合增速達49.1%。預計2023年，我國3D列印行業總收入將超過100億美元。
顯然，3D列印已逐漸從導入期步入成長期，而疫情無疑加速了這一進程。3D列印的不受空間的制約，能夠縮短供應鏈流程，生產效率更高，並且製造門檻也更低，這就為擺脫供應鏈提供了可行方案。於是，受海外醫療防護物資緊缺影響，利用3D列印設備製作出的口罩、醫用面罩、護目鏡等一時間成了「救場奇兵」。
其中，國內消費級3D印表機製造商創想三維，既是這一波3D列印風潮中的獲益者，同時也是國內3D列印行業的主要參與力量。創想三維3月出貨量達5萬多臺，4月初接到訂單近16萬臺，4月銷售額2.2億元。此外，閃鑄、愛用科技、光華偉業、潮闊電子等出口型3D企業也反饋了更多積極消息。
事實上，許多技術創新站在取得突破的門檻上，但其中卻少有幾項技術有望逆轉生產率增長的下降。但3D列印不同——它從設計上就是一種有助於提高生產率的工具。如果將3D列印和機器人結合起來，它的影響將會更大。機器人在3D空間中非常靈活，而3D印表機可以構建複雜的東西。將這兩者結合起來，沒有理由不能從零開始構建任何結構。
過去四十年裡，我國製造業經歷了由復甦向崛起的快速發展，總量規模不斷擴大，產業結構轉型加快，綜合頭力和國際競爭力顯著增強。在製造業飛速發展至工業4.0智能製造的今天，智能製造最大的挑戰，也從數量過渡到了質量。大規模定製、開放式創新與智能化工廠，這些變化也將是3D列印智能製造最直接的體現。
3D列印技術承載了人們對未來製造模式的無限想像，是數字時代人類技術積累到一定階段所孕育出來的新技術，3D列印技術賦予了人類對未來的巨大想像。在未來，傳統製造的物理限制和空間限制將不再那麼重要，設計、生產將更加扁平化、更加開放。