3D打印，缓慢的“革命”仍在继续

这项原本被视为革命性突破的技术，如今正处于一个尴尬的局面：看起来前景明亮，事实上却长期进展缓慢。（题图来源：清锋科技）

记者 | 陶紫东、邓舒夏

编辑 | 张云亭

本文刊载于《第一财经》杂志2021年4月刊

2020年以来的新冠疫情让3D打印技术再次回归大众视野。面对医护物资短缺问题，一些设计师、制造公司利用这项技术制作防护面罩、护耳夹和呼吸阀中的关键部件，3D打印一时成为救场奇兵。

3D打印的技术名称为“增材制造”（Additive Manufacturing），简单来说，是把数据和原料放进3D打印机，用程序控制物质的形状、构成和行为，将材料逐层堆积后制造出实体物品。传统制造业采用的材料加工技术多为“减材制造”，即通过切削原材料生成新产品。1986年，美国科学家Chuck Hull发明了第一台3D打印机，开启了该技术在业内的广泛应用。

2012年，《经济学人》杂志在封面报道中重点讨论了3D打印技术，并将其称为能引发“第三次工业革命”的众多突破之一。作者评价称，3D打印能提高知识型劳动者的地位，甚至能改变经济发展形态，推动资本主义由垄断、集权式向分散、自由式过渡。

3D打印行业媒体南极熊告诉《第一财经》YiMagazine，2015年至2016年是行业热度的最高峰，全中国同时有1000多家相关公司，当时有大量投资人将目光看向这一“朝阳产业”。据市场调研机构艾媒咨询发布的数据，2016年，中国3D打印市场的规模约为109亿元，同比增长了38%。

但就像资本市场很多类似的故事一样，经历一段时间的****喧嚣后，3D打印赛道似乎逐渐沉寂了——人们早年预期发生的种种改变并未如约到来，公司倒闭，投资者撤离……对普通消费者而言，3D打印仍是一个有些陌生的名词。

原本，疫情中的应急需求应该是一个推动行业发展的契机。但一年过去，疫情期间火热的各类DIY式的3D打印技术并未让这个行业出现跨越式发展。这个被认为可以重新定义我们设计产品的方式、创造新的商业模式，甚至能拯救生命的技术，如今正处于一个尴尬的局面：看起来前景明亮，事实上却长期处于缓慢进程中。

“整个行业的发展速度比我想象的要慢，我们几年前就预计会有很多家庭购买3D打印机，在工业生产中也可以大量应用，但就目前的市场来看，应用的体量还很小。”南极熊创始人黎海雄说。

2013年，美国康奈尔大学教授胡迪·利普森在专着《3D打印》中预言，3D打印领域会出现一家类似于苹果的公司，它们将采用相似的消费者战略，比如开发出一款爆款应用程序，或者创造出一个用户友好的端到端平台，3D打印的家用和消费者市场会因此呈爆炸式增长。

8年后，这样的预言依然只是预言。事实是，大部分国内消费者和小企业并未深入了解3D打印，或者还没有动力购买家用或办公用的3D打印机，3D打印市场仍囿于制造业和工业设计中。

难以实现规模化，是3D打印行业始终面临的难题。据多位受访者介绍，目前3D打印公司的业务仍以项目制为主，但项目本身很难实现规模化，投资人下手会相对谨慎。

物流行业的高速发展也在一定程度上对3D打印行业造成了挤压。对企业而言，高效物流可以让全球各地的厂商共享供应链，有样件生产需求的企业可以直接找到设备生产商下单，而不用自己添置一台3D打印机；对普通消费者来说，当日达、次日达的物流周转速度提供了极大便利，电商平台丰富的品类已经让人目不暇接，“用家用打印机做东西”也因此变得过于理想化。

早期的3D打印从业者主要靠生产打印制造装备盈利，作为整个产业的中游环节，设备商掌握整个3D打印过程的核心技术，来钱速度快，也容易自成体系。前瞻产业研究院发布的一组数据显示，2016年，设备销售带来的产值占到了3D打印行业总产值的一半，紧随其后的是材料技术和打印服务，产值比例只有26.9%和23%。

但据黎海雄观察，不同技术种类的打印设备，销售情况也不大相同：某些种类的3D打印机（如全彩石膏3D打印机）并没有想象中那么好卖，卖出之后，许多客户也并没有借此将生意做大，导致此类打印机复购率低下，但金属3D打印机、光固化树脂3D打印机等机型近几年增长迅速。“如今发展到做服务和做应用，用3D打印机给细分行业打印零件产品逐渐成了更主流的模式。”他说。

国内工业级3D打印设备制造和解决方案提供商易加三维，正是这一趋势的见证者。这家公司成立于2014年，主要面向加工厂提供to B业务。凭借近30年的从业经验，易加三维创始人冯涛很早就意识到，3D打印设备的市场不应局限于模型制造，而是更广泛的产品或零部件直接批量制造。

易加三维齿科（左）、易加三维航天（右）领域3D打印零部件。（图片来源：易加三维）

从模型制造到零部件的直接制造，背后是相关技术的长足发展。据冯涛介绍，过去3D打印设备采用的技术名为快速成型（rapid prototyping），依靠此技术可以快速生成物理实物模型，方便验证设计和功能，及时发现问题。如今这项技术发展成为直接制造（direct manufacturing），客户购买3D打印设备后可以直接基于数字模型生产出最终零部件，并投入使用。

当3D打印设备可以直接生产关键零部件时，企业客户的购买需求自然也会增强。2019年，易加三维的金属3D打印设备出货量为52台，设备单价在100万至数百万元不等。这并不是一个多大的出货量，但冯涛看到了近两年有一个很大的变化，“设备的买方基本上是真正的用户，这些设备作为生产工具在日夜不停地运行。”

面向不同的细分市场，易加三维还配套推出了不同的设备类型。由于目前3D打印细分市场的发展程度还不充分，易加三维的3D打印设备主要限于齿科机、模具机和航空航天机三大类。这意味着，3D打印行业正在走出靠售卖标准化机器盈利的传统模式，与产业链的中下游结合得也更紧密。

这一商业模式的转变并不只发生在国内市场。Materialise是一家比利时软件和3D打印服务提供商，其CEO在公司发布的2019年行业趋势报告中称，3D打印行业将由技术驱动转向应用驱动，投资人的焦点将不再是机器制造商，而是倾向于投资那些在特定领域应用3D打印创造真正价值的公司和初创企业。

如今，工业领域的3D打印机可以帮企业制造大到汽车、小到肉眼几乎无法看到的针头等物品。在国内，3D打印的应用场景主要包括航空航天、军工、首饰珠宝、医疗正畸等领域，比如航空航天领域产品线上成批的复杂零件，以及用光学扫描捕捉内耳的精确形状，实现助听器定制生产等。

不过，这些广泛的应用场景同时也意味着市场需求的相对分散，对一项尚处于成长阶段的技术而言，这种分散性并不一定是好事。大多数初创公司总是能推出一个博人眼球的好主意，随后便沉寂在无数的创意中。

根本原因是面向B端的3D打印产品可以辅助传统制造业解决部分痛点，但难以实现高频率购买，自然也就无法产生规模化效应，降低成本。因此，近年来3D打印公司意识到，那些离消费者更近的行业会更多地带动3D打印行业的发展，比如齿科。

易加三维近年来的服务对象之一就是齿科企业，从2019年该公司设备销往的主要应用领域来看，尽管航天航空类占了大头，但齿科在内的医疗需求也占到总销量的25%。不论是医生用来分析牙齿整形方案的“牙模”，还是直接用于患者的隐形矫治器，都可以利用3D打印技术，通过数据扫描的方式实现个性化定制。据冯涛介绍，这些齿科企业以私企为主，规模小，热衷创新，3D打印技术可以帮助它们节省工序、人力和管理等多种环节。

这正是3D打印相较于传统制造业的优势所在。传统制造业大多依赖规模经济，大规模生产具有高效优势，能增加企业利润、降低消费价格，但这往往意味着冗杂的组装和运输环节。3D打印省去了产品的零部件组装环节，同时也缩短了供应链，节省了在劳动力和运输方面的花费，适用于定制的、具有高边际收益的产品。

惠普使用Metal Jet金属3D打印技术用于批量化生 产。（图片来源：惠普）

惠普是少数选择长期投入在3D打印技术上的制造业巨头之一。惠普此前在接受媒体采访时表示，避免像其他硬件公司一样陷入云计算发展带来的硬件销售困境，是惠普进入3D打印赛道的动因之一。

早在2010年，惠普就曾与3D打印机厂商Stratasys合作，利用后者贴牌生产惠普的3D打印机。此后，惠普中断了这一合作关系，但保留了内部研发团队。2014年，惠普公布其自主研发的“多射流熔融”（Multi Jet Fusion）技术，并于2016年将这项技术商业化。该技术脱胎于惠普平面打印的热喷墨技术，其打印机有3个喷头，共计3万个喷嘴。惠普宣称，该技术可以将打印速度提升10倍，同时降低一半成本。

惠普2021年第一季度财报显示，第一季度惠普的营收为156亿美元，其中个人系统部门的收入达106亿美元，主要包括笔记本电脑、台式机和工作站等，其余50亿美元来自打印部门，收入增长率为7%。

尽管财报并未具体披露3D打印业务的财务状况，惠普总裁兼CEO Enrique Lores在财报电话会议上积极地表示，“在3D打印和工业图形方面，我们将继续在整个产品组合中创新，为未来的增长做好准备。我们的客户继续将多射流熔融技术用于生产级输出，我们发现整个客户群中3D打印零件的数量增长了30％以上。”

惠普的3D打印技术也应用在了医疗物资生产领域，这为全球新冠疫情防控提供了有效控制。“疫情期间，惠普在全球一共打印了400多万个关键性医疗部件，比如重症患者急需的呼吸机，我们用3D打印改善阀门设计，保证它的呼吸能力得到进一步加强。”惠普亚太及日本地区3D打印及数字化制造业务总经理Alex Lalumiere对《第一财经》YiMagazine解释称，这类由3D打印生成医疗产品的路径，很大程度上会逐步取代原有的车床冲压加工方式。

2019年，惠普还与国内3D打印和数字化应用解决方案提供商达成合作，在矫形与康复修复领域为患者提供高度定制化服务。

不过，对一些小型企业或创业公司而言，发展火热的医疗行业并不是进军3D打印市场最理想的切口。冯涛表示，相较于大体量的工业级产品生产，诸如牙套等齿科打印的技术门槛并不高，但规模较小的齿科企业无法承担高昂的打印服务成本，这意味着齿科生意虽好做，但竞争者多，利润空间不大。另一方面，医疗行业对产品材质和性能的要求不低，如果企业自己研发3D打印材料，必然面临资质审查，拉长产品的上市流程。

材料，被几位受访者一致视为制约行业发展的关键瓶颈。理论上，3D打印可以打出许多物品，但许多产品对材料的韧性和强度有着严苛要求，而当下的合成材料技术并未达到生产者可以“为所欲为”的程度。现有的3D打印材料通常适合打印复杂但柔软的物品，当产品在强度方面要求较高时，3D打印产品的力学结构和功能性都要重新开发。在航天航空和汽车等对性能和质量要求苛刻的行业，材料的重要性尤为凸显。

目前供3D打印机使用的材料种类并不多，仅限于塑料、金属、橡胶、陶瓷和光敏树脂等，且用料成本大多高昂。这些材料均针对3D打印设备专门研发，形态多为粉末、丝状、液体状，与普通材料并不相同。

金属粉末是当下业内最主流的材料之一。“相对于非金属类材料而言，金属材料的整个供应链比较全，而且金属材料强度高，打印出来的和传统铸造出来的性能很接近，甚至超过以往。”冯涛说，金属粉末的广泛应用得益于激光技术的发展，由于激光具有能量密度高的特点，可实现难加工金属的制造。这并非3D打印行业单打独斗的成果，而是整个激光产业链的发展促成的。

和国内企业对材料研发的谨慎态度不同，许多国外的大公司都在3D打印材料研发上加快了脚步。“以往，材料供应商对于开发3D打印新材料的热情不高，因为它们无法在商用的打印机上使用。现在，大型材料供应商正表现出它们推动3D打印技术发展的意愿，这也将促进3D打印材料稳步增长。”Materialise研发团队的材料专家Giovanni Vlemenckx表示。

惠普很早就意识到了材料之于3D打印的重要性，2017年，惠普推出开放性的3D材料平台，以拓展多射流熔融技术可覆盖的材料范围。其运作逻辑类似于苹果的“应用商店”，所有合作厂商的材料都可以在惠普的3D打印机上使用。目前这一系统已聚集了全球多家材料巨头，包括阿科玛、赢创、巴斯夫、汉高等。

当然，惠普在数字化制造转型方面的整体策略，可能也是促使其在3D打印领域持续发力的原因之一。市场调研机构IDC提供的一份报告显示，到2024年，51%的全球IT预算将来源于数字化转型，而中国这一占比将超过70%。作为信息通信技术市场的头部玩家之一，惠普势必会受到这一趋势影响。“我们特别专注于推动数字化生产进入制造业。某种程度而言，惠普并不仅仅想要做好3D打印，而是要在传统制造业中开辟一个新的数字化市场。”Alex Lalumiere补充道。

毕业于清华大学美术学院的姚志锋在2016年创立了清锋科技（LuxCreo），截至目前，这家3D打印公司共获得4轮融资，自主材料研发是其核心优势之一——基于材料研发的难度，这可能是国内3D打印企业中为数不多的实践案例。清锋科技拥有具有自主知识产权的3D打印技术光固化材料（LEAP），据悉，该技术最高能实现120cm／h的打印速度，较传统3D打印速度提升近100倍。

为了实现商业化，运动鞋是姚志锋选择落地的第一个3D打印应用领域，这也是消费级3D打印市场的代表。一直以来，因面临工艺柔性高、鞋底制作复杂等问题，制鞋业迟迟无法实现自动化。姚志锋表示，按传统制鞋工艺量产一款新的鞋子，往往要经过设计、试样修改、开模等多道工序，其中最难做的是鞋底——左右脚都要开模具，还得保证不脱胶，中间每一个环节都不能出错。

清锋科技3D打印运动鞋。（图片来源：清锋科技）

以自主研发的材料技术为突破口，清锋科技通过扫描、数据输入、自动生成模型和液态树脂感光固化成型等手段，可以快速完成产品生产。在3D打印运动鞋的研发过程中，清锋科技负责鞋底的研发工作，剩下的批量生产流程由品牌方把控。

清锋科技位于宁波的3D打印工厂。（图片来源：清锋科技）

“一千双鞋的订单，如果不算返工，传统开模生产全套码数最快需要30至45天，我们一星期就可以交货。”姚志锋举出了直播卖货的例子，为了保证发货进度，普通鞋厂在直播前就需按码号生产出一定量的成品鞋，而3D打印技术省去了传统制造过程中开模、锻造、切割、零部件组装等过程，出货速度得以提升，公司还可以根据订单量灵活调整出货量。

有了数据支持，鞋底不同区域的软硬程度、回弹和减震性能都可以实现定制化，这是传统制鞋产业很难做到的。目前清锋做鞋仍以标准化生产为主，按照姚志锋的设想，下一阶段，客户只需要用手机App采集脚型数据，这些数据会自动汇总到公司云端，并转化为3D打印的产品。“我们在鞋这一块的终极目标，是实现大部分产品的定制化量产。”他说。

美国3D打印公司Carbon是姚志锋欣赏的同行之一，这家公司与阿迪达斯的合作曾引起广泛关注。2018年，两家公司合作生产了10万双名为Futurecraft 4D的3D打印鞋，每双价格为人民币2600元。事实上，早在Futurecraft 4D上市之前，耐克、安德玛、New Balance等品牌在2016年左右均已开始推出带有3D打印鞋中底的运动鞋，国内厂商匹克、李宁也在尝试用3D打印技术开发相关产品。

但从市场反响来看，3D打印鞋更像品牌方在设计上刻意追求的“噱头”，市场的接受度以及高昂的成本依旧难以解决。这也是3D打印进入消费领域要面临的问题：如何说服更多消费者购买3D打印产品，以及如何让他们持续地购买？

除打印鞋，3D打印行业也有过其他面向消费者的尝试。据黎海雄回忆，国内最早的消费级产品应该是3D打印的小U盘，还有淘宝上热卖的月球灯，但这些尝试均以聚集于长三角和珠三角的小生产商主导，暂时未形成大的规模应用。

“除非本身是设计从业者，普通人还是更愿意玩手机游戏，对吧？”对比消费级3D打印机在国内外市场截然不同的出货量，黎海雄猜想，国内消费者可能没有闲暇，或缺乏自己上手操作的意愿，这在一定程度上阻碍了国内消费级3D打印市场的发展。

在3D打印如火如荼的创业热潮中，一些人把这个行业想得太简单，进入赛道后才发现，很多技术瓶颈迟迟没有解决——与发达国家相比，中国的关键技术、生产设备和材料依然有一定差距，许多还要依赖进口。另一方面，行业的规模仍不大，大多数人对3D打印技术的优势和成本的认知并不充足。

2019年，易加三维的金属打印机复购率在30%左右，有了明显增长的趋势。冯涛认为这是一个好的转变。“不要将其视为革命。3D打印等于是制造行业里出了一个新的方法，最大的竞争者应该还是传统的制造方法，以及我们自身没有解决的问题。”

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