那些年神乎其神的 3D 打印，现在过得怎么样？

　　说实话我并没有觉得它进入了我们普通人的生活。

　　对了，那天我逛商场碰见一个3D 打印摊：一个印度人守在机器前，你给他10块钱，他在那宝贝机器上捣鼓了几下，过一会机器吐出来一个塑料小动物玩具。

　　3D 打印这个技术，在前几年号称能彻底革命制造行业，现在看来也只是少数朋友的玩具而已。

　　3D 打印并没有进入普通人家，美国人需要做个什么东西需要材料还是得跑一趟 Home Depot。

　　前几年逛 Maker Faire，总是能看到茫茫多的 3D 打印初创公司，但之后就一年比一年少。大约是这些公司明白过来，3D 打印创业没什么前景，都转行去做区块链了吧。

　　今天我在芝加哥参加全美最大制造业展会 IMTS（国际制造业科技展），发现了惠普这家公司：

　　上面是我在大会上看到的惠普新发布的打印机。当时我也有点犯迷糊：怎么一个做打印机的，还能跟“制造业”发生关系呢？

　　仔细了解了一下，我发现惠普打来的这些新品打印机，远比我已经多年没用过的打印机厉害多了：

　　首先，它们是 3D 打印机，名叫 Metal Jet。

　　其次，顾名思义，它们能 3D 打印金属――可比之前只能打塑料的厉害多了。

　　机器主要是用来生产金属零件的，小到齿轮，大到工业金属制品，只要是一体的，都能用 Metal Jet 打印出来。

　　比如手动档汽车的变速杆：

　　据惠普介绍，它们的打印效率已经达到了大规模量产的级别。

　　机器也不便宜：单机售价在39万美元以下，产品计划将在2020年开始向早期客户发货，2021年实现大规模供货。

　　然而，惠普这家从半导体起家的公司，能在挑战传统制造业这件事，完成那成百上千家3D 打印创业公司所未竟的事业么？

　　3D打印瞄准12万亿的制造业市场

　　为什么我们现在已经有了足够低成本的工具去生产金属螺丝和齿轮，还要用到高科技的 3D 打印。

　　这是因为金属零件的诞生之路大概是这样的：工厂对金属进行锻打、塑形、高压压缩、切割等工艺，完成对金属材料的处理，然后再将分散在世界各地的不同厂商制造的零件运到一起进行组装拼接。

　　这样过程中浪费了很多材料，增加了许多成本。即便先进如苹果公司，也会在生产和组装 iPhone 的过程中产生很多浪费和无法避免的成本增加。

　　在这件事上，3D 打印的效率要高得多。如果真的得到推广并一统制造业，总体上讲工厂浪费的材料会减少，成本是会降低的。

　　然而想要实现这个理想，首先要解决大规模量产的问题。

　　玩过的朋友可能知道，3D 打印挺耗费材料的，而且打印速度一般不怎么快，一个小小的玩具，可能要几分钟才能生产。

　　如果要在指定货期内达到量产级的数量，总不能一下子买成千上万台打印机吧？

　　“我们需要证明，3D 打印技术是可以用于大规模量产的，”惠普 3D 打印业务部门总裁史蒂芬·尼格罗 (Stephen Nigro) 表示，“对于3D打印技术的质疑，最核心的就是它能否完成量产。若一直只用于定制化的生产，那么永远没人会把它当回事。”

　　大部分人不知道，其实早在2016年，惠普就已经推出了量产塑料 3D 打印机器 Jet Fusion plastic 3D 打印机。

　　解决了塑料之后，金属将成为 3D 打印的真正圣杯。

　　而3D打印技术在处理工艺上的方式则完全不同。

　　3D打印的“学名”叫做增材制造（Additive Manufacturing，AM），就像这个名字的字面含义，它通过将原材料层层处理形成沉积的方法来生产产品。

　　据尼格罗介绍，3D打印又分三个不同“流派”：激光切割、注射成型和粘合剂喷射成型。

　　总的来讲，第一种很浪费材料，第二种比较简单实现但有天花板，比如成品的精确度。喷射成型的全称是“粘结剂喷射成形技术”，意思是打印机的喷头将“胶水”喷到原材料粉末的对应位置，得到最终需要的形状。

　　Metal Jet 就属于喷射成型。这可厉害了，因为这次被喷的可不是塑料，而是熔点较高的金属。

　　为什么这种高科技打印技术，惠普能做的出来？

　　你可以这样理解：惠普的 3D 打印喷射成型，跟沿用了几十年的纸张喷墨打印，在本质上是差不多的，属于同一科技树上的分支迭代。

　　“惠普过往30年在热喷墨技术上的积累，让我们的3D打印技术起点很高,”惠普金属3D打印事业部全球事业经理蒂姆·韦伯 (Tim Weber) 说。“我们可以在3D打印中拥有比其他对手大两倍的页宽，比他们多4倍的喷嘴密度。”

　　不仅如此，据他介绍，惠普这么多年专注于打印，积累了很多化学材料专利，这给了他们一个很大的优势：在打印金属时，可以有效降低机器里粘结剂的比例，进而降低成品的重量。

　　“我们有这样的技术优势，于是我们做了些市场调查，最终决定集中力量在量产而非定制化业务方面。”尼格罗对硅星人表示。

　　Metal Jet 的控制面板 想要更大市场 惠普先要做“推销员”

　　据惠普方面介绍，横向来看，整个制造业价值12万亿，3D打印有很大空间，而现在明显占比还很小。而纵向来看，每年仅汽车、工业和医疗行业就能生产数十亿个金属零件。在这些垂直领域蕴含着很多机会。

　　技术准备好了，还需要市场的接受。惠普开始向市场最重要的玩家推荐自己的技术，靠什么吸引他们？当然是证明这种技术可以帮他们降低成本。

　　这就需要和两类对手进行比较：其他3D打印技术提供商，以及传统的制造方式。

　　尼格罗表示，相较于其他3D打印技术，Metal Jet可将工作效率提升高达50倍，同时降低成本。

　　尼格罗以汽车零件“指形从动滚轮”为例，“如果你使用金属注塑成型，单个零件的成本是 $2；如果你使用激光切割，成本将剧增至 $40-50。

　　而根据惠普的核算，用 Metal Jet 生产这个零件的成本能降低到 $2，而且还会比注塑成型的产品更轻便。

　　诚实地讲，用惠普打印机替代工厂已经用了十多年的车床，也不是一定就能降低成本，还得看生产的到底是什么零件。

　　“对于一些特定的零件，我们的技术成本比传统方式更低。”在制造业，生产零件的成本一般来自三个方面，材料粉末、机器成本以及后期的注射成型等工序的成本。

　　尼格罗表示，企业工厂权衡是否采用 3D 打印机，不应该只计算量产上的成本。一个很重要的考虑在于，3D 打印机显著降低了原形生产，也即打样的成本。业内人士大多清楚，在过去如果找工厂生产一个什么东西，打样的价格是最贵的。

　　惠普开始和垂直行业顶尖公司合作，推广自己的产品，进行用户教育。

　　惠普已经和大众汽车、GKN、Parmatech等公司达成合作

　　“我们的方法是，先和零件生产商、原材料企业联系，告诉他们我们新的技术可以帮助节省成本，并证明给他们看。然后，他们再去跟他们的客户介绍这种新的生产方式，拿到订单。“

　　比如，惠普先找到了世界上最大零件生产商之一的 GKN。后者转身联系自己的客户，问他们是否愿意订购 3D 打印的零件，来代替传统方式生产的零件。

　　通过这个路径，惠普还真得到了不少大品牌的背书，比如 GKN 的客户大众汽车。

　　大众汽车技术规划与发展主管马丁·歌德 (Martin Goede) 博士介绍，大众旗下一些车型的车钥匙以及个性名牌现已通过3D打印量产，他们计划在明年实现变速杆的3D打印量产。未来甚至有可能实现车身等核心部件30%由3D打印完成。

　　在塑料量产打印方面，惠普已经和中国合作伙伴在中国展开合作。不过由于金属打印方面目前刚刚全球首发，目前暂时还没有公布在金属打印方面的中国合作伙伴，惠普方面表示，正在和一些中国合作伙伴密切沟通。

　　尼格罗对情况并不担忧：“现在一切刚刚起步，如果我们的判断正确，我们将给制造业带来一次颠覆。”

2017年，BeAM Machines推出了一款5轴定向能量沉积（DED）机Modulo，其设计紧凑，便于携带，同时还具有较大的构建区域，它有两种尺寸：Modulo 250和较大的Modulo 400。最近，橡树岭国家实验室（ORNL）购买了一台Modulo 400。据了解，ORNL位于田纳西州橡树岭，是美国能源部最大的科学和能源实验室，以其在3D打印领域的先进应用而闻名，从材料开发到医药等。

ORNL成立于1943年，最初是作为美国曼哈顿计划的一部分，拥有4,750名员工及科学家和工程师3000多人。它的研究旨在解决能源和安全问题，主要关注四个方面：先进的计算、先进材料、中子科学及能源科学。

据悉，Modulo 400是根据客户的反馈而进行开发的，其构建体积为600 x 400 x 400 mm。它具有10Vx沉积头和500 W激光器，并提供多种选择，包括带净化系统的可控气氛、24Vx沉积头和2kW激光器等。Modulo的设计能够轻松装入标准箱式卡车或集装箱，便于运输和安装在海上石油钻井平台及军事冲突区等偏远地区。

众所周知，大多数DED系统都是将所需的二次设备（例如激光、冷却器和排烟器）放置在机器外部，这需要占用更多地方，但Modulo将这些组件直接集成到了设备的机柜中，使其更加紧凑。

BeAM成立于2012年，旨在创建新一代DED解决方案。它于2016年开发出了第一台工业机器，去年从法国斯特拉斯堡总部扩建到美国辛辛那提市，最近该公司宣布将在新加坡开设新工厂。让BeAM出名的一件事的是，他们开发出了以前被认为是不可能修复的飞机发动机关键零件的维修方法，并能让该零件重新用于飞行中。

　　汽车刚刚诞生之初，生产基本都是手工，生产效率非常低，随着西方的工业化进程，工业机器人逐渐诞生，生产效率大大提高。直到今天工业化强国德国和日本，依然主导者现代工业机器人技术，不仅仅是汽车工业得到了飞速发展，生产效率大大提高，其它行业如轻工、机械、化工等都实现了工业化。即便如此仍然有一些行业和领域不能完全取代人工，比如服装加工、造船、电机等行业依然离不开手工生产。除此之外还有一些非标准，需求量很少的零部件，同样不适合大规模工业化生产。

　　传统工业机器人就像没有长大脑一样，按着固定的模式批量生产相同规格的零部件和产品，但是个性化细分市场的今天，很不适应新时代市场的需求。工业4.0智能制造被提上日程了，机器设备也长大脑了，可以根据指令生产差异化的零部件以及产品，满足不同个性化客户的需求。这样生产车间人员数量会进一步缩减，甚至可能为零。而且这种工业生产和接入互联网，形成真正的智能制造，甚至可以根据客户下单专门生产。无论是德国的工业4.0，还是中国的工业2025都是未来工业的智能制造。就算人类进入了智能制造时代，生产效率得到了大大提高，依然属于传统工业化的升级改造。

　　在工业4.0时代我们依然需要更高的生产效率和更低的生产成本，3D打印的全方位应用，无疑可以解决后4.0时代的更高生产效率。即便人类进入了工业4.0的智能制造时代，工业产品组装依然需要不计其数的零部件，虽然智能制造可以做到智能装配，效率远远超过工业化时代。但是成千上万个零部件的生产需要一定时间，组装整机依然需要较长时间，因为机电、飞机和汽车等产品的零部件繁多，就算是智能制造，生产时间压缩到极限依然时间较长。所以3D打印的全方位应用，可以解决后工业4.0时代生产效率进一步提高的问题。

　　3D打印的特点是尽量减少零部件的使用，几乎整机生产，除了发动机以及特别位置不同材质之外，零部件使用率极低，生产效率会在工业4.0的基础上进一步突飞猛进。智能3D打印和智能4D打印技术的全方位应用，可能是工业4.0之后进一步提高生产力的新途径。今天的3D打印技术虽然也有部分工业应用，但是应用领域极其有限，只是起到部分改进工艺，没有完全普及形成产业化。未来的路还很漫长，包括所有金属和非金属材质的3D打印目前还没有完全实现，相关智能软件控制系统和硬件芯片依然没有完善，随着技术的进步，3D打印技术绝对会成为工业4.0之后下一次工业革命。