當前家用3D印表機的侷限與未來

近幾年，中國(北京)國際快速成型與3D列印技術展覽會在國展開幕。這個展覽會與LED、物聯網等展覽擠在一起，規模不大。但開展伊始，展區的20多家展位前就人潮洶湧、熱鬧異常，觀看者、問詢者、體驗者絡繹不絕。現場展示的3D印表機包括FDM、SLA和SLS等多種型別，大體上涵蓋了工業級和桌面級的主流產品。值得注意的，相對於價格動輒數十萬元的工業級裝置而言，觀眾的興趣顯然集中在適宜於家庭應用的桌面級3D印表機。

一時間展會扎堆、豪傑並起，似乎3D列印大潮已洶湧襲來、不可遏止。整體上看，3D列印技術在尖端製造、醫療、科研等領域均獲得成功的應用，並隱隱然有井噴之勢。但是具體到桌面級3D印表機，或者說普通大眾更為關心的家用3D印表機，情況則尚不明朗。以當前最“時尚”的家庭應用——3D照相為例，僅列印10釐米高單個人像的價格就在千元以上;如果來個20釐米的情侶套裝，價格更超過5000元。如此高昂的列印成本，意味著這一最受人喜愛的3D列印應用暫時還無法飛入尋常百姓家，更不用說這個裝置的重量足以壓壞一張書桌。

那麼小編就近期對3D列印裝置和廠家的調研，來談談桌面級3D印表機在家庭的應用和普及仍存在的諸多限制。

　　桌面級3D印表機的侷限性

　　1. 低價格裝置的列印解析度低、速度慢

如一般家庭可接受的FDM(熔融沉積成型)3D印表機的價位大致在3千元至3萬元之間，相對可算“低廉”。但該類印表機打出的物品表面粗糙，邊緣存在“臺階”效應，列印個小物件就需要花費數小時乃至數十小時，極其挑戰家庭使用者的耐心和審美觀，目前基本上可排除出實用市場。

　　2. 高解析度列印裝置的價格高昂

SLA(立體光固化成型)和SLS(選擇性鐳射燒結)印表機的精度高、速度快，但是最便宜的裝置價格也要10萬元左右。

　　3. 3D模型難獲得

列印物品需要先有該物品的3D資料或模型。這些模型要麼由使用者手工建立或修改，要麼通過3D掃描器掃描。前者需要有深厚的3D設計和軟體操作經驗，超出一般使用者的能力範圍;後者需要昂貴的3D掃描器，價格基本上也都在10萬元以上。

　　4. 可使用的耗材種類很有限

主流3D印表機所使用的耗材(原料)通常為塑料、樹脂和金屬粉末，家庭中經常用到食品、陶瓷、木頭、玉石、布匹等物品一般無法用桌面級印表機列印。

　　5. 只能列印簡單材料的物品

常見的3D印表機都只能列印一、兩種耗材，複合材料的物品無法列印。即使可列印的材料，其強度、韌性和顏色等指標也經常達不到實用要求。

　　6. 耗材價格昂貴

前面所舉的3D照相，是耗材昂貴的一個典型例子。最便宜的3D列印耗材——ABS塑料，價格都在每公斤百元左右。SLA和SLS型印表機所用耗材的價格更在每公斤千元以上。列印一個物品，所費原料的價錢就會比商店中的成品高几倍乃至幾十倍。

　　7. 需要額外工序

只有極簡單、要求極低的物品或一次性用品可在列印後直接使用。大部分物品都需要手工後處理工序，這些額外的工序使得3D列印無法做到“所打即所得”，會嚴重挑戰使用者的技能和耐心。

　　8. 維護不易

如：幾千元的FDM型印表機一般使用者根本搞不定;SLA涉及到有毒原料的儲存問題;SLS對工作環境要求相對苛刻，使用和維護工序複雜等。

　　問題的核心與解決猜想

家用3D印表機的上述侷限反映出易用性、通用性和價格之間的互相制約。而上個世紀70年代的個人計算機(PC)存在同樣的'問題，回顧PC產業解決這些問題的方法，或許會對於解決家用3D印表機的問題有所幫助。

　　1. 通用CPU+模組化外設解決通用性問題。

通用CPU的核心是通用指令集，對應於3D印表機的耗材處理器件和工序(例如FDM的耗材融化與擠出、SLA的紫外光掃描、SLS的鐳射燒結等)，使用一種通用耗材處理器件和工序通吃種類繁多的所有耗材可能不現實，但是至少可針對具有相似特性的一大類耗材建立一個標準化的通用處理模組。在此大類之內，不同廠家的耗材處理模組可以互換甚至拼接，然後通過連線各種“模組化”、“個性化”的外設實現對於具體材料的細分處理，儘可能擴大3D印表機的通用性，讓一款裝置可以列印多種原料和型別的物品。

　　2. 圖形化介面解決易用性問題。

易用性問題的解決相對簡單，只要有足夠多使用者，就有望根據使用者的感受摸索出簡單、可行的易用性改進方案。對於3D印表機來說，很可能是加入更多的自動化、智慧化模組。例如把FDM印表機的輸出直接與打磨裝置連線，根據同樣的3D模型對物體的邊緣進行平滑處理，SLA和SLS也可按照類似的思路辦理。甚至是維護問題也有可能在加入足夠多的自動化裝置之後變得傻瓜化。

　　3. 提高整合度與大批量生產解決價格問題。

PC價格的一路“平民化”得益於摩爾定律。3D列印行業也需要找到自己的摩爾定律，它或許存在於3D列印(除FDM外)的核心器件——鐳射器，也或許存在於某個仍待發現的新技術或新部件。MIT媒體實驗室在上的3D印表機眾籌專案Form1，通過使用藍光播放器上的的鐳射器成功的把SLA印表機的價格拉低至2500美元左右，就是一條極具啟發性的線索。另一方面，即使沒有發現3D列印界的摩爾定律，在解決了通用性和易用性之後，3D印表機的大批量生產也會極大的降低單臺裝置的價格。

　　4. IBM的殺入與開放標準的建立是PC產業的最終引爆點。

同樣，3D列印領域也需要行業巨頭推動，建立開放標準，帶領各類單獨的裝置、部件、器件生產商把市場做大。遺憾的是，即使在工業級3D列印裝置領域(除了SLS領域的德國公司EOS)，也缺乏像當時IBM那樣的巨頭。這可能從一個側面說明3D列印行業本身的積累尚未到達臨界點，把高階技術匯入家用領域難以一蹉而就。