3D打印『破圈』元年

3D 打印，打印一切？

受海外医疗防护物资紧缺影响，利用 3D 打印设备制作出的口罩、医用面罩、护目镜等一时间成了“救场奇兵”。

根据国内 B2C 跨境电商平台全球速卖通的数据显示，疫情以来该平台上 3D 打印机的销售额和去年相比已经翻了一番，尽管今年 3D 打印机的海外仓备货大幅增加，但疫情之下这些备货已被抢空。其中，4 月份中国 3D 打印设备产量同比大幅增长 344.7%。

那么，3D 打印机的销量为何会因疫情而“走俏”？

雷锋网了解到，欧、美国家由于基础制造业较少，他们选择用 3D 打印技术去制造面罩、呼吸阀、口罩扣等紧缺的医疗物资。与传统制造模式相比，这种制造模式的好处是不受空间的制约，能够缩短供应链流程，生产效率更高，并且制造门槛也更低。

国内消费级 3D 打印机制造商创想三维，既是这一波 3D 打印风潮中的获益者，同时也是国内 3D 打印行业的主要参与力量。他们表示：

“3D 打印只需要事先设计好，制作过程可以完全不用人工，减少了人力成本。其次，3D 打印所需的工序更少，传统工艺在制作需要经过原型塑形、翻模、打磨的阶段，而 3D 打印则不需要加工机床和模具，复杂程度大大降低。虽然单个打印时间较长，但是批量化生产能缩短工艺流程。”

“另外，3D 打印的精确度远高于传统工艺塑形，它能够从一开始就尽早发现产品问题，避免没必要的返工，从而缩短产品设计周期，更快反应市场，降低企业开发成本，提高效率。”

为了带大家更深度地了解 3D 打印行业，近期雷锋网和创想三维、大势智慧等这些国内 3D 打印行业的主体力量进行了对话，从 3D 打印机、3D 建模、行业未来趋势等视角展开交流。

1、如何打印“世界”？

3D 打印又称“增材制造”（Additive Manufacturing），它的出现可以说颠覆了人们对传统生产制造的认知。

与普通打印机相比，3D 打印机的工作原理和前者基本相同，只是打印材料有些不同。普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而 3D 打印机内装有粉末状的金属、陶瓷、砂，以及塑料等可粘合的打印材料。当 3D 打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把打印材料一层层叠加起来，最终把计算机上的模型变成实物。

起初，3D 打印主要是在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于某些产品或零部件的直接生产制造，比如在航空航天、工程施工、医疗、教育、地理信息系统、汽车等垂直领域都有所应用。 

• 2015 年，美国国家航空航天局（NASA）基于 3D 打印技术，打印出航空火箭发动机的头部。这使得零件大量减少，焊缝也随之减少，降低了火箭发动机出现故障概率的同时，使得迭代周期缩短、成本降低。在迪拜，政府选择用 3D 打印来建造政府大楼。3D 打印建筑主要作业由机器完成，一体成型，建筑速度快，工人的作用多为操作和检验 3D 打印机的工作情况，因此对人力的需求比传统建筑行业少。2019 年，美国加州大学圣迭戈分校利用 3D 打印技术，制造出模仿中枢神经系统结构的脊髓支架，成功帮助大鼠恢复了运动功能。在英国利兹和爱丁堡大学的科学家，他们成功研制出仿生舌头。科研人员找到 15 名成年志愿者，在其舌头表面做了硅胶印模，再把印模通过 3D 扫描，绘制成数百个味蕾状结构的密度和尺寸 ......

另外，今年 5 月我国首飞成功的长征五号 B 运载火箭上，搭载着我国新一代载人飞船试验船，船上还搭载了一台“3D 打印机”。这是我国首次太空 3D 打印实验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的 3D 打印实验。

以上这些，大到工程建筑、火箭发动机，小到脊髓支架等都有用到 3D 打印技术，那么它是如何打印这一切的？

雷锋网了解到，3D 打印产业链上游包括 3D 建模软件、3D 建模扫描仪和 3D 模型数据平台等建模工具，以及各种 3D 打印材料。产业链中游主要是桌面级、工业级打印机等设备，再加上航空航天、船舶工业、汽车工业、轨道交通及医疗为主的一些下游应用。

据公开信息，目前 3D 打印采用的主流技术有：FDM 熔融沉积、SLS 粉末材料选择性激光烧结、DLP 光固化、SLA 光敏树脂选择性固化等。

国内主要专注于 FDM 和光固化技术研发与制造的 3D 打印机制造商——创想三维，谈及为何会选择这两大技术方向，他们表示：

“因为这两大方向是目前运用得最广泛、普及率最高的技术。创想三维自成立六年来，结合自身的技术、资源选择了 FDM 和光固化做运用功能的开发，为 3D 打印产业化真正落地助力。”

“在不少人眼中，3D 打印机体积大、价格昂贵，并有较大的使用瓶颈，是属于少数人的游戏，因此创想三维希望将 3D 打印底层技术优化，为 3D 打印机的全球普及化发力，并坚持以消费级 3D 打印机为方向，使 3D 打印机平民化，走进千家万户，让人们享受到科技带来的便捷。”

此外，针对国外市场 3D 打印的发烧友玩家动手能力强，创造性高，希望产品可以 DIY 成自己想要的模样，国内一些 3D 打印机制造商的 DIY 系列产品正在满足这部分用户的需求，使其以较少的费用即可组装出一台他们需要的 3D 打印机。比如今年 6 月在海外 Kickstarter 平台众筹的 DIY 新品 CR-6 SE，就是基于此理念的产物。

2、从 3D 打印机到 3D 建模

3D 打印技术之所以受到青睐，一定程度上与其无模具限制，能够缩短研发周期，尤其适用于形状复杂、定制化、轻量化诉求强烈的柔性制造加工场景等因素有关。

同时我们也发现，现阶段的 3D 打印机打印速度比较慢，较为耗费时间。而大型的 3D 打印机，尽管看起来非常高端大气，但是不适合家庭的场景，同时桌面型 3D 打印设备更可以让 3D 打印机从“小众”走向“大众”。

近些年，创想三维 3D 打印机在海外市场的销售额正在大幅度增长。据创想三维官方信息，创想三维 Ender-3 、CR-10 两大系列打印机在全球热卖，长期占据谷歌 3D 打印机全球搜索排行榜榜首。

而他们即将在市场上大力推广的光固化新品，正是为了满足用户的精细化要求，制造出速度更快、精度更高、性能更优、质量更可靠的光固化 3D 打印机，从消费级市场入手，普及光固化 3D 打印机的运用范围。

而至于 3D 打印机是如何精准地打印出特定的实物？这里不得不提到 3D 建模。

以 3D 打印在地理信息系统领域的应用为例，三维数据制造与应用服务商大势智慧正从小场景的 3D 建模到大场景的 3D 建模持续发力，可以算是国内很有代表性的一家企业了。

目前，他们面向的垂直领域已从食品、文博展示、游戏等拓展到智慧城市的消防、应急管理和工程施工。

雷锋网了解到，其对真实世界进行高精度数字化和 3D 建模时，主要包括数据采集和算法处理两大重点环节。前者中，类似于 SLAM 这种激光雷达的数据采集方式，成本相对比较高，并且在工作过程中还受到激光器的能量、接收时间等条件的限制。

因此，对城市进行高精度数字化时，其 3D 建模的数据采集一般采用摄影测量这种成本较低、性价比高的方式。另外，用于摄影测量的工业相机，由于嵌入了 GPS 等模块使得相机有了姿态和位置，其建模的结果只要基于一系列照片合成就行。

今年 10 月中旬，大势智慧基于实景三维重建引擎 G-Engine1.0 的三维语义化和技术储备，又最新推出 G-Engine2.0。

对比 1.0 版本，G-Engine2.0 版本的语义三维成果完成度更高，能够实现“按需单体化”，不仅可以在建模过程中完成对建筑、地形和道路的分类，还能进一步识别房屋楼层与路面植被，实现语义信息提取，真正实现三维数据从可“看”到可用。

谈及 3D 建模过程中的难点问题，大势智慧 CEO 黄先锋重点提到两点，首先是图像大规模处理过程的容错能力，再者是弱纹理区的匹配与文件处理。

首先在容错能力方面，黄先锋表示：

“就像我们拼图一样，如果只有 100 张图像要拼在一起，哪怕是人工操作一般也不会出错。然而，当我们有 100 万个图像时，仅是检索、匹配等这些操作的复杂程度就会大大升级，再加上有些图像比较相似甚至有损坏，各种各样的误差都要在处理过程中被系统自动地挑出来，最终使得计算机的计算过程准确无误。”

在弱纹理区的匹配与文件处理，黄先锋提到城市中有大量的区域是弱纹理的，这种情况下计算机在进行图像匹配时是很难分辨的，为此大势智慧将人工智能引入到这种细节的处理。

“比如同一张图像他们会提取很多特征点，通过计算点和点之间对应的连接图像的区域参数判断能不能匹配上。在此过程中，实际上会出现很多的这种不匹配的情况，但总能有一部分正确的匹配留下来，再以这些数据作为训练样本让计算机学习这些规则，人工智能技术根据原来数值解的匹配结果再来去做训练。”

在具体的应用中，大势智慧正用实景三维赋能行业，将三维数据服务广泛应用于众多行业领域中。

3、从“小众”到“大众”

追溯其起源，我们发现 3D 打印这项技术是自上世纪 80 年代发明以来逐渐地走进人们的生产生活中，同时人们一步步在把万物皆可打印推向现实。

到了未来，3D 打印将会是怎样的？

有专家观点认为，精密、微小的器械是未来 3D 打印的重点，同时行业发展也面临一些制约因素。一方面是生产速度，微纳 3D 打印一直在打印时间上无法超越传统注塑，很难形成批量化生产，所以较多的还是应用于前期产品研发阶段。

另一方面，是打印材料，现在主流的微纳 3D 打印仍然使用的是光固化（DLP）的方法，使用的材料较多的还是光敏树脂，有很多性能还无法达到工业产业化的要求。

创想三维则表示：

“制约 3D 产业发展的因素，首先 3D 打印机的使用门槛较高，由于 3D 打印涉及到建模这种比较专业的技术，因此它的使用有一定的技术壁垒。而创想三维通过建立创想云 APP 平台，汇集了万余种精致实用的模型，致力于做到一键化打印。”

“其次，3D 打印毕竟还是较新的行业，还处于功能开发运用阶段，创想三维也一直在努力，希望在 3D 打印技术上能有全新的突破。”

除了以上提到的这些，雷锋网了解到，目前 3D 打印产业还存在用户认知度不够的问题。不少人认为 3D 打印离自己的生活较远，并不知道 3D 打印能干什么，以及怎样为自己的生活带来便利 ......

而这一系列常态的背后，意味着我们需要更多有影响力的厂商来推动产业的进步，让普通百姓了解 3D 打印，使他们享受到科技带来的红利，只有这样，3D 打印才能更好地从“小众”走向“大众”。