美國《連線》雜志本期封面
使用3D打印機(jī)就像打印一封信：輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺(tái)噴墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一幅二維圖像。而在3D打印時(shí)，軟件通過電腦輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機(jī)上，后者會(huì)將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個(gè)固態(tài)物體成型。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料。
舉個(gè)最簡單的例子，制造體育課用的實(shí)心鉛球：傳統(tǒng)的方法是，先做一個(gè)球形的模具，然后澆鑄高溫的液態(tài)鉛，最后等其冷凝；而使用3D打印，則是在電腦軟件上寫下或者導(dǎo)入實(shí)心球體的數(shù)學(xué)模型，然后給3D打印機(jī)準(zhǔn)備足夠的鉛粉，3D打印機(jī)會(huì)采用液態(tài)黏合劑或者激光燒結(jié)的方式用原材料微粒逐層把鉛球打印出來，看上去就像擠奶油一樣造出了一個(gè)實(shí)心金屬球。如果是要打印一個(gè)空心球，打印材料中就需要加入凝膠劑或其他物質(zhì)以提供支撐或用來占據(jù)空間。這部分粉末不會(huì)被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。如今可用于打印的介質(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。有些打印機(jī)還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來的物體一頭堅(jiān)硬而另一頭柔軟。
今年4月，英國著名雜志《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》報(bào)道稱“3D打印將推動(dòng)第三次工業(yè)革命”。而上周出街的著名科技雜志《連線》十月刊則將《3D打印機(jī)改變世界》作為封面報(bào)道。似乎，這項(xiàng)革命性的技術(shù)已經(jīng)離我們不遠(yuǎn)了。
乘坐地鐵來到紐約布魯克林第三大道，在一幢位于偏僻角落的房子前停下并敲敲門，一個(gè)頭發(fā)凌亂的男子打開了門，并把你引了進(jìn)去。沒錯(cuò)現(xiàn)在你來到了BotCave，這里有125名工人正在生產(chǎn)面向未來的產(chǎn)品。
BotCave是MakerBot的大本營，為了讓普通大眾用得起3D打印機(jī)，這家公司已經(jīng)花費(fèi)了將近4年的時(shí)間，然而MakerBot曾生產(chǎn)的任何設(shè)備都比不上現(xiàn)在這些工人正在制作的新型打印機(jī)。Replicator 2不是一套復(fù)雜的設(shè)備，也不需要你處理高級(jí)的軟件，它由一個(gè)簡單的操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，你可以輕易地把電腦中的設(shè)計(jì)圖紙變成實(shí)物，就像打印圖片一樣簡單。入門級(jí)的Replicator 2售價(jià)2199美元，而高端產(chǎn)品Replicator 2X售價(jià)2799美元，它可以打印更加復(fù)雜的東西。MarkerBot下了數(shù)百萬美元的血本開發(fā)這兩款設(shè)備，他們認(rèn)為3D打印機(jī)的春天馬上就要來了。
同以前的產(chǎn)品相比，Replicator 2系列線條流暢、有金屬質(zhì)感而且更加時(shí)尚。你也許聽說過3D打印機(jī)，但是手里還沒有一臺(tái)，但是MakerBot的CEO布雷·派蒂斯說，Replicator 2系列將改變這一切。
他們把自己內(nèi)部制作的東西都陳列在展架上，前幾代MakerBot人就像是些笨手笨腳的工匠，他們即對(duì)設(shè)備本身感興趣也對(duì)設(shè)備所制作出來的東西感興趣。就像自制電腦俱樂部1997年幫助生產(chǎn)出Apple II一樣，MakerBot屬于自制打印機(jī)俱樂部，這個(gè)俱樂部囊括了全球這個(gè)領(lǐng)域的業(yè)余愛好者，他們希望利用現(xiàn)有技術(shù)，生產(chǎn)出惠及所有人的產(chǎn)品。自從MakerBot于2009年初成立以來，已經(jīng)售出了13000臺(tái)3D打印機(jī)。
隨著這種打印機(jī)越來越穩(wěn)定，人們的注意力從機(jī)器本身轉(zhuǎn)移到了它們所打印出來的物品。MakerBot的應(yīng)用程序已經(jīng)可以用來制作玩具：玩偶之家的家具、棋盤游戲零件以及各種模型。打印、上色然后玩，就這么簡單。在MakerBot的社區(qū)網(wǎng)站Thingiverse 和類似的網(wǎng)站Tinkercad 及Autodesk上，有很多預(yù)先設(shè)計(jì)好的文件，你能想到的東西那些地方幾乎都有。人們只需把它們下載下來，然后輸入到MakerBot的設(shè)備打印。
為了擴(kuò)張，去年MakerBot從投資者那里融資了1000萬美元，其中還包括亞馬遜的創(chuàng)始人杰夫·貝索斯。他們需要做更多的努力來應(yīng)對(duì)新出現(xiàn)的一系列低成本3D打印機(jī)，包括中國的設(shè)備。這些資金將被用于研發(fā)、工程、制造以及建設(shè)一個(gè)新的公司總部。為了給愛好者制造合格的產(chǎn)品，這些舉措都是必要的，同時(shí)要想在塔吉特商場出售產(chǎn)品，他們也必須擴(kuò)大公司規(guī)模。
現(xiàn)在世界進(jìn)入了MakerBot時(shí)刻。30年前蘋果讓桌面出版系統(tǒng)成為了主流，而現(xiàn)在他們的目標(biāo)是讓Replicator 2給大眾帶來新的沖擊：創(chuàng)造出桌面制造系統(tǒng)。多年前人們用早期的Mac做出了一些亂七八糟的字體和剪貼畫，但是隨后他們開始不斷改進(jìn)，當(dāng)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的時(shí)候，全新的印刷方式出現(xiàn)了，而一個(gè)新的工業(yè)也孕育而生：桌面出版系統(tǒng)改變了世界。
和最初使用桌面出版設(shè)備的人一樣，今天人們也不會(huì)關(guān)注第一批使用3D打印機(jī)的人。但是由于配備了更易操作的軟件和可選擇的雙層擠壓機(jī)，Replicator 2系列已經(jīng)可以識(shí)別更加多樣的曲線，制造出更加復(fù)雜的東西，而且分辨率更高、色彩更豐富、質(zhì)量更有保障。再加上數(shù)據(jù)庫中包含的自由設(shè)計(jì)圖案越來越多，我們可以預(yù)測今天由工廠大批量生產(chǎn)的各種模型將被取代。3D打印機(jī)制造的物品可能沒有大眾化產(chǎn)品質(zhì)量好，但是將更符合人們的要求也更有創(chuàng)意。
你可能覺得3D打印機(jī)是邊緣技術(shù)，只有標(biāo)新立異的人或者是高端設(shè)計(jì)室才用，但其實(shí)在不經(jīng)意中，你早就接觸到了3D打印產(chǎn)品。比如在牙科診所，很多定制的口腔設(shè)備現(xiàn)在都要使用3D打印機(jī)?？谇环雷o(hù)器可調(diào)整牙齒的排列，牙科醫(yī)生掃描了牙齒的位置后就可以利用3D打印機(jī)很快地制作出牙齒的模型，然后現(xiàn)場磨制假牙給你換上。
除了口腔設(shè)備，很多消費(fèi)產(chǎn)品和電子器材的模具也是用3D打印機(jī)制作出來的，甚至包括你身邊房子的模型。如今人們可以隨意用3D打印機(jī)制作玩具人偶，如果你身在東京還能做一個(gè)你的真人頭像。商用3D打印機(jī)使用的材料還不多，主要是金屬和塑料，但是研究人員正在試驗(yàn)使用更多的材料，比如木質(zhì)紙漿和糖。
3D打印機(jī)采用遞增技術(shù)制造實(shí)物，也就是一層層地從底部開始制作。軟件首先要檢查要打印產(chǎn)品的設(shè)計(jì)文件，然后分析怎樣才能用最少的時(shí)間、最少的材料把生產(chǎn)出產(chǎn)品。例如做一個(gè)兔寶寶玩偶，首先機(jī)器根據(jù)說明書把外壁做出來，在保證強(qiáng)度和用料最少的前提下，軟件會(huì)自行計(jì)算出外壁的厚度。如果沒有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，玩偶將非常脆弱，因此為保證玩偶更加結(jié)實(shí)，軟件還能設(shè)計(jì)出蜂窩狀的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。
然后軟件控制機(jī)器一層一層的制作實(shí)物，每層的厚度都盡可能的薄。當(dāng)打印機(jī)探針移到制作區(qū)時(shí)會(huì)自動(dòng)吐出制造材料，軟件也會(huì)選擇最合適的路徑，讓探針移動(dòng)的距離最小。當(dāng)一層制作好后，打印機(jī)的制作平臺(tái)將下移，然后探針開始制作下一層，就這樣一直到做好為止。整個(gè)過程就像是變魔術(shù)，你不需要知道機(jī)器如何運(yùn)轉(zhuǎn)或者怎樣選擇最合適的路徑，軟件幫你搞定一切。我們將進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代，你不需要思考如何制作一個(gè)3D產(chǎn)品，你只需要知道自己想要什么就夠了。
家用3D打印機(jī)會(huì)非常有趣，它將開啟一場新的工業(yè)革命。MakerBot使用G-code語言和工業(yè)生產(chǎn)中使用的標(biāo)準(zhǔn)控制語言一樣，所以一旦在電腦上設(shè)計(jì)了什么東西，你不僅可以在自己的桌面制造系統(tǒng)上造出一個(gè)實(shí)物，還可以上傳到商業(yè)制造服務(wù)網(wǎng)站上生產(chǎn)出更多，比如Shapeways和Ponoko以及中國阿里巴巴上的代加工廠。你所要做的就是點(diǎn)擊鼠標(biāo)，插入信用卡，開始自己的制造生意，你設(shè)計(jì)的東西甚至可以直接送到用戶手中。
不管是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)還是銷售，Replicator 2的一切都必須適合普通美國家庭的需要。就比如說打印材料，入門級(jí)的Replicator 2使用的是一種環(huán)保生態(tài)塑料PLA，它的主要成分是玉米淀粉。和其他材料不同，溫度降低的時(shí)候PLA不會(huì)收縮，因此不需要機(jī)器進(jìn)行太多調(diào)整。派蒂斯說：“PLA是可降解的，打印時(shí)的味道就像奶油蛋糕。” MakerBot的PLA在網(wǎng)上的售價(jià)是48美元每公斤，一公斤PLA足夠做400枚國際象棋。
MakerBot還希望大大降低顧客收到貨物的時(shí)間。以前只有客戶下單的時(shí)候，MakerBot才開始生產(chǎn)，這就意味著你必須焦急等待6周以上才能得到3D打印機(jī)。忠實(shí)粉絲也許還能忍受，但是對(duì)于普通消費(fèi)者肯定不行，尤其是那些在節(jié)假日前后準(zhǔn)備送禮物的人，因此MakerBot必須在銷售前預(yù)付成本。派蒂斯希望在9月19日發(fā)售Replicator 2s的時(shí)候能有2100臺(tái)存貨，這將是他們有史以來最大的存貨量。
這家公司在零售方面也加大了賭注：一天內(nèi)它在曼哈頓和休斯敦開設(shè)了兩個(gè)零售店。除了銷售新機(jī)器，零售店還會(huì)給顧客現(xiàn)場演示制作過程。派蒂斯說：“你去MakerBot買東西就會(huì)看到那里正在現(xiàn)場制作實(shí)物，我希望人們駐足在商店門口，驚奇地看著里面發(fā)生的一切。”
現(xiàn)在對(duì)MakerBot，是個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，派蒂斯認(rèn)為展示效應(yīng)是最重要的：比如早期的電腦，在真正使用前沒人理解這個(gè)設(shè)備的魅力。派蒂斯說：“在人們買MakerBot之前，他們會(huì)想象很多種用法，比如做自行車的零件或者一個(gè)把手，但是當(dāng)他們真正得到一臺(tái)3D打印機(jī)，想法就會(huì)改變，他們將創(chuàng)造出各種神奇的東西。”
他們可以制作首飾、智力玩具以及各種怪誕的雕塑。孩子們會(huì)要一些奇怪的玩具，而用戶將在他們眼皮底下變出來，先在屏幕上設(shè)計(jì)然后再把它變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。當(dāng)派蒂斯剛剛開始出售MakerBot時(shí)，一半以上的用戶是程序員，而現(xiàn)在更多的是父母。
孩子也將有收獲。由于電子游戲的普及，很多孩子已經(jīng)能夠應(yīng)對(duì)屏幕上的3D圖像。像比爾·蓋茨這樣的軟件企業(yè)家都是伴隨著早期的電腦成長起來的，這也激發(fā)了他們的潛能。所以下一代3D打印創(chuàng)意將從孩子們中產(chǎn)生，而高中也將恢復(fù)手工課，并從新命名為設(shè)計(jì)課，尤其是在學(xué)校購買了MakerBot產(chǎn)品后。有多少學(xué)生會(huì)拒絕設(shè)計(jì)并打印真實(shí)的東西而去做一個(gè)PPT演講呢？
然而推出一款可靠便于使用的產(chǎn)品還不夠，MakerBot還需要避開競爭者，比如行業(yè)巨頭3D Systems，他們的3D打印機(jī)Cube也是針對(duì)主流用戶開發(fā)的，還有中國的競爭對(duì)手PP3DP，他們也開發(fā)了Up!打印機(jī)。MakerBot希望憑借更高的分辨率和打印更大物體的能力，Replicator 2可以在1000美元至2500美元這個(gè)價(jià)位內(nèi)的競爭中勝出。
當(dāng)然還有一些仍沒有染指3D業(yè)務(wù)的公司：惠普、Epson以及其他2D打印機(jī)巨頭?，F(xiàn)在它們更專注于技術(shù)許可和高端專業(yè)打印。但是在3D打印市場變得足夠大之前，這些巨頭是不是會(huì)覺醒？當(dāng)問派蒂斯這個(gè)問題時(shí)，他自信的說：“到那時(shí)我們已經(jīng)把它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在身后了。”
所有證據(jù)表明，當(dāng)用戶從早期的高端使用者轉(zhuǎn)向那些只希望追趕潮流的人的時(shí)候，3D打印機(jī)的拐點(diǎn)就到了。也許用不了幾年沃爾瑪和科斯科將出售數(shù)百萬臺(tái)3D打印機(jī)，而當(dāng)惠普和Epson這樣的巨頭進(jìn)入后，將產(chǎn)生巨大的規(guī)模效應(yīng)，那時(shí)3D打印機(jī)的售價(jià)可能只有99美元，每個(gè)人都可以買得起。
但這并不意味著我們要用3D打印機(jī)打印所有的東西。數(shù)字制造時(shí)代的意義是我們可以在大規(guī)模生產(chǎn)和個(gè)性化生產(chǎn)之間進(jìn)行選擇。盡管你可以在自己家做100萬只橡皮鴨，但這并不意味著你一定要這么做。如果用3D打印機(jī)制作橡皮鴨，做第一只的成本如果是20美元，做第100萬只的成本還是20美元，不會(huì)有規(guī)模效應(yīng)。然而使用傳統(tǒng)的方法，你需要制作鴨子模具，也許生產(chǎn)第一只的成本需要1萬美元，但是生產(chǎn)量增加后，初始費(fèi)用將被不斷攤銷，而當(dāng)生產(chǎn)到100萬只的時(shí)候，成本可能只有幾分錢。如果小規(guī)模生產(chǎn)，應(yīng)該使用數(shù)字生產(chǎn)技術(shù)，但是如果大規(guī)模生產(chǎn)則傳統(tǒng)的方法更好。不過很多小規(guī)模生產(chǎn)的商品比大規(guī)模生產(chǎn)的商品更有價(jià)值，過去我們只能靠手工制作小規(guī)模生產(chǎn)的商品，而以后可以利用數(shù)字制造技術(shù)。
在《星際迷航》中，皮卡爾艦長想要一杯熱飲，他只需和機(jī)器說：“茶，熱的。”現(xiàn)在盡管茶還不能自動(dòng)生成，但是杯子呢，你可以自己做一個(gè)。
