3D打印機的制造業認知度突然大增。3D打印的市場正要開花，制造業正要因此而掀起一場重大變革。這種變化對制造業而言是威脅還是推動力？讓我們一起展望未來。

　　隨著3D打印機的普及，制造業的世界面臨重大變化。在既有常識未能想到的領域，來自3D打印的產品和服務已經開始展露頭角。

　　2013年1月，芬蘭諾基亞（Nokia）公開了該公司手機后蓋的3D數據，供用戶使用3D打印機進行DIY。企業公開自身產品的3D數據，把制造交給用戶可謂是一項劃時代的舉措。

　　日本的CAD/CAM供應商FASOTEC公司（總部：千葉市）與婦產科診所廣尾Ladies合作，開始提供利用3D打印機為打印腹中胎兒模型的服務。在2013年2月于東京都內舉辦的一場以情人節為主題的體驗活動上，一位女觀眾制作了自己頭像的巧克力，其模具也使用了3D打印機。

　　這些事例意味著在今后，原本只是買方的用戶將能夠成為商品的制作者，能夠策劃或設計出制造企業以往沒有提供的新產品。而且，可以實現向每位用戶提供不同產品的終極定制生產模式。于是，在街頭巷尾，一場隨著3D打印機的普及，用戶走進制造業的大變革開始了。

　　引發變革的3個理由

　　3D打印機的利用始于制造業的試制步驟。正如把3D打印又稱作“快速成型”一樣，與以往方法相比，3D打印的最大優點是能在短時間內完成試制品。正因為如此，即便是裝置價格高達數百萬～1000萬日元的3D打印機，也能擁有足夠高的性價比。

　　近年來在制造業用注射成形或者沖壓工藝來制造模具、或者生產線上使用的夾具，擴展了成形以及沖壓的應用范圍。但這些做法基本上都是對制造業原有加工方式的替代，沒有帶來現在象3D打印機這樣的巨大變革。

　　那么，為什么使用3D打印機提供的產品和服務會在今天開始掀起熱潮了呢？其背后主要有3個理由。也即源于“裝置低價化”、“網絡服務的充實”、“造型材料的品種增加”的快速進步。

　　“裝置低價化”方面，最近幾年，向可動噴嘴的尖端供應線狀樹脂，在噴嘴部分熔化樹脂后逐層打印立體模型的3D打印機，接連推出10萬日元左右的產品。這使得過去無意使用3D打印機的個人和非制造業企業也萌生了導入3D打印機的想法。

　　3D打印機供貨量的增加也印證了這一點（圖1）。2011年，全世界個人用3D打印機的供貨量達到了約2.3萬臺，激增到了上年的4倍左右，2012年以后增長得應該更快。

　　圖1：3D打印機供貨量激增

　　3D打印機供貨量不斷增加，2011年個人用3D打印機的供貨量增加尤為顯著。

　　在“網絡服務的充實”方面，隨著SNS（社交網絡服務）推動的信息交流日趨活躍，3D打印機相關的網絡服務（電子市場）等也相繼涌現，3D打印機及其作用逐漸為人所知。而且，無需購買3D打印機即可購買到造形物體的環境已經形成。

　　在“造型材料的品種增加”方面，3D打印機使用的新材料不斷被開發出來，范圍甚至覆蓋了制造業以外的其他商用領域，比如醫療和食品等。

　　技術開發速度加快

　　那么，隨著3D打印機在一般社會中的認知度的快速攀升，今后會發生什么呢？答案是產品開發的進一步加速和市場的進一步擴大。由于3D打印機低價化等因素的推動，3D打印機市場正在擴大，涉足該市場的企業數量也隨之增加。企業之間的競爭愈發激烈，從而進一步推動價格的降低、網絡服務的充實以及造形材料品種的增加，也就是進入“正循環”（圖2）。

　　圖2：3D打印機環境的變化

　　隨著造形材料、裝置的進化，以及低價格化，用途逐漸擴大，用戶層也在壯大。在正循環的作用下，材料和裝置進化和低價格化還將繼續。

　　迄今為止，通過在制造業使用3D打印機，使得材料和性能的進步、以及低價格化這一循環過程得到了一定程度的發展。

　　而現在出現的正循環，在性質上與以往有著本質上的不同。隨著3D打印機覆蓋到包括一般民眾在內的非制造業領域，制造業以外的豐富資源和技術都將得到運用，從而使技術開發達到一個前所未有的速度。低價格化的速度將會更快，造形材料的種類也將激增。

　　正如智能手機轉眼之間取代了普通手機一樣，正循環一旦形成，市場就無法馬上萎縮。從這個意義上來說，3D打印機市場可以說已經綻放出了美麗的花朵。

　　來自市面上的十大3D制作產品

　　用戶變為制作方

　　1 DIY智能手機殼

　　芬蘭諾基亞于2013年1月公開了Windows Phone“Lumia 820”后蓋的3D數據“3D-printing Development Kit”。用戶可以直接使用該數據，以喜歡的顏色進行3D打印，也可以定制圖案。數據包括組裝成品的3D數據（下方藍色部件），以及6個構成組件的3D數據（下方灰色部件）。“Lumia 820”的理念原本就是讓用戶自由換殼。在美國，這樣的后蓋售價為25美元。（攝影：諾基亞）

　　2 自制選配件

　　瑞典Teenage Engineering也公開了產品的3D數據，提供了用戶利用3D打印機制作部件的機會。該公司在官網上公開了音樂合成器“OP-1”選配件（背帶部件等）的3D數據。另外，3D數據還可以通過“Shapeways”網站下載。用戶下載數據后，可自己利用3D打印機進行制作，也可以從Shapeways上購買利用3D打印機制作好的成型制品。當然也能買到企業提供的部件。例如，名為“Pitch Bend”的選配件（下圖右上方紅色部件），在企業的直銷網站上售價為9美元，而在“Shapeways”上的成型制品有4種顏色，售價為3.57美元到4.47美元。（照片提供：Teenage Engineering）

　　終極定制

　　3 給用戶的設想賦予形狀

　　INCS（總部：東京）經營的3D打印服務“Inter Culture”銷售3D打印機成型的各種商品。右下圖是裝點葡萄酒瓶的裝飾品。基本形狀由INCS提供，文字（Message）部分由用戶定制。左圖（發射臺）與中下圖（運輸火箭的車輛）是與萬代的“成年人的超合金 土星5號運載火箭”一同陳列的商品。運輸火箭車輛的誕生源于與消費者之間的意見交流。即便是銷量難以估計的產品，也可以使用3D打印機靈活地應對。

　　4 任何設計皆可

　　利用3D打印機可以設計出非常個性的產品。圖為3D打印機生產商美國3D Systems的關聯企業——荷蘭Freedom Of Creation通過Web網站銷售的凳子和燈罩。（攝影：3D Systems）

　　任何人都可以策劃、設計

　　5 制造世界上獨一無二的情人節巧克力

　　在2013年2月2日和9日舉辦的“贈送超高檔肖像巧克力”體驗活動上（東京澀谷“FabCafe”與K‘s Design Lab（總部：東京）聯合主辦），參與者首先掃描自己的相貌，獲得3D數據，然后利用3D打印機制作原型（左下圖）。把原型轉印到硅膠模后，只需注入巧克力待其凝固，即可得到酷似自己長相的巧克力（右下圖）。參加的近20位女性都是從未接觸過3D打印機的普通消費者。通過3D打印機，以前無法想象的服務也可以提供給一般消費者。這個體驗活動據說還受到了著名巧克力制造商的關注。3D打印機在食品加工領域今后也有望得到更多活躍的機會。

　　6 藝術家躍躍欲試

　　藝術家也開始使用3D打印機。右圖是雕刻家名和晃平的作品。這是2012年在韓國展出的高13×寬15×縱深12m的巨型作品《Manifold》的1/30模型，成型采用3D打印機。制作微縮模型是為了研究光線效果和仰望時的感受。作品前方是人的1/30模型，通過制作微縮模型，可以對展示方式進行模擬探討。

　　7 讓觀展者親手觸摸的石器復制品

　　2013年2月2日～3月17日舉辦的“驚天博物館藏品展——好奇心穿越時空、跨越世界”（明治大學博物館、南山大學人類學博物館、名古屋市博物館聯合策劃）展出了埼玉縣砂川遺跡出土的舊石器時代石器（國家指定重要文化財產）（下圖）。主辦單位利用3D打印機制作了石器的復制品，提供給觀展者提供了親手觸摸。考古學、文化財產等領域同樣是3D打印機活躍的舞臺。（攝影：明治大學博物館、名古屋市立大學研究生院藝術工學研究科）

　　8 幫助醫生提高技能

　　醫療機構也在加大對3D打印機的利用。骨骼立體模型（下圖）除了外觀形狀之外，還重現了切斷時的質感。通過使內部達到多孔的效果，使用樹脂材料可以得到與實際骨骼相同的觸感。內臟的立體模型（右下圖）是根據患者的CT掃描數據，利用3D打印機制作的立體模型。通過使用透明材料，血管、病灶等內部情況清晰可辨。在向患者說明病情和手術參照等用途中已經得到了應用。（攝影：FASOTEC醫學工程中心）

　　9 驗證醫療器械的功能

　　對于熟悉醫療器械的功能和操作練習，各式各樣人體仿真模型必不可少，腹腔鏡手術使用的骨盆仿真模型（左下圖）和胸腔鏡手術使用的仿真模型（右下圖）等都已經投入了實用。不只是醫生，這也是醫療器械企業需求強烈的用途。（攝影：FASOTEC醫學工程中心）

　　10 留下腹中胎兒的成長記錄

　　Fasotec的醫學工程中心于2012年7月，與婦產科診所廣尾Ladies（東京惠比壽）合作，啟動了名為“天使之形”的3D打印服務。服務的內容是通過MRI拍攝孕婦腹部，母體用透明樹脂、胎兒用白色樹脂成型（左下圖），或是使用在廣尾Ladies接受診斷時的3D超聲波圖像，對胎兒進行局部成型（右下圖）。前者的價格約為10萬日元，后者約為5萬日元。

　　試制門檻降低，革新開發流程的好機會

　　3D打印機價格下降、成型材料品種增加，相關網絡服務也在不斷充實。在制造業之外的領域，3D打印機的應用領域也越來越廣，個人用戶層也有所擴大。在這樣的趨勢下，“任何人都能開制造公司”的機運便產生了。而對于本事就是制造業的企業，3D打印機則是提升現有業務競爭力、開拓新業務領域的強有力武器。

　　提升現有業務競爭力依靠的是［1］革新開發流程、［2］強化少量生產對應能力，開拓新業務領域依靠的則是［3］提供制造技術經驗。下面，本文就詳細介紹一下這3個推動力。

　　重新審視試制的作用

　　首先，［1］開發流程的革新，可以通過把3D打印機作為一種交流工具來實現。

　　過去，在制造業的開發流程中，3D打印機是被作為制作試制品的手段而使用的（圖3）。這是因為作為“快速成型”的延伸，3D打印機能夠快速、低廉地制作出試制品。其作用是將設計信息轉化為實體，通過組裝觀察形狀，在試驗中確認性能。

　　圖3：試制流程的變化

　　過去，使用3D打印機大多是為了縮短試制期、降低成本。今后，隨著3D打印機成型更加方便，這種方式在更上游作為交流工具的應用將會擴大。

　　利用3D打印機制作立體模型所需成本和時間正在不斷減少。除了替代過去的試制品制作方法之外，試制的作用也被重新考慮。作為交流工具使用就是新的作用之一。

　　即使是在以前因成本和時間的限制、“無力進行試制”的案例，現在也能借助3D打印機開始試制，一次能夠制作的試制品數量和改進后重新制作的次數也會明顯增多。

　　這樣制造出的試制品不僅能像以前那樣用來確認形狀和功能，還可以在設計的決策過程中，也就是反復嘗試、改進的階段使用。在實物基礎上展開討論有助于深化理解，找出從電腦屏幕上的3D模型和圖紙中發現不了的問題。

　　這里需要注意的是，既然是以實物為基礎，就需要在制造現場配備相關人員。隨著全球化的發展，利用IT技術的遠程交流愈發必要，普及程度也在提高，但這依然比不上親眼目睹實物的交流。在日本，各企業地理位置集中，通過使用3D打印機，應該可以孕育出以此為優勢的新的開發流程。

　　容易應對少量生產

　　充分利用3D打印機，能夠使應對少量生產的能力出現飛躍。3D打印機適合單件和少量生產，試制也正是利用了這一特點（圖4）。因為無需準備模具，所以初期投資少，也容易適應產量的變化。而且，在制作的過程中無需考慮工具的路徑和脫模的方向，因此，形狀的自由度高，也容易實現每件產品形狀各異的定制。

　　圖4：使用3D打印機制造最終產品與傳統的加工方法相比，優點在于定制容易、形狀自由度高、適合單件生產。材料和3D數據的準備、易用性差等課題也在逐漸得到解決。

　　在利用3D打印機生產最終產品時，需要根據自己的用途，選擇可以使用指定材料的3D打印機。10萬日元左右的低價位3D打印機基本上只能使用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚樹脂）或PLA（聚乳酸）作為材料。

　　倘若這些材料不能滿足要求，那就需要購買價格更高的商用3D打印機。例如，某些類型的打印機可以使用PC（聚碳酸酯）、PPSF（聚苯砜）等具備高耐沖擊性、高耐熱性的樹脂，或是具備透明性和彈性的樹脂。

　　現在有一些3D打印機還能使用對人體安全、符合登機標準、遏制了帶電性的樹脂。

　　如上所述，3D打印機可以使用的材料的種類越多，就越方便進行單件和少量生產。

　　批量生產還有問題

　　3D打印機可以實現單件生產。但從生產能力的角度來看，這種生產方式目前面臨著難以批量生產的課題。舉例來說，美國Stratasys現在利用3D打印機制作該公司3D打印機的部分部件（31種部件），而這款產品的年產量僅為十余臺。

　　但是，3D打印機完全有希望增加產量。因為數量的閾值會隨著時代不斷變化。眾所周知，著名EMS（電子產品代工服務）企業***鴻海精密工業（通稱富士康）是采用切削加工的方式為美國蘋果公司的“iPad”和“iPhone”制造金屬外殼的。對于iPad和iPhone等批量生產的產品，使用沖壓和制造是最常見的。然而，富士康通過使用數萬臺機床，實現了切削加工的批量生產。

　　與之相同，3D打印機的批量生產或許也將在不久的未來成為現實。最近，成型區空間大的3D打印機已經問世。這種打印機不僅可以用來制造大型產品，還可以一次性制造很多小型產品。

　　考慮到步驟和后處理，一般來說，在成型區中盡可能多地配置部件，以少量的次數進行成型的總體成型速度更快、成本更低，但具體情況還要看3D打印機的成型方法。

　　無需庫存

　　易于實現少量生產的3D打印機擁有顛覆企業與用戶關系的潛力（圖5）。以諾基亞和Teenage Engineering為例，通過把部件的制造交給用戶，企業將無需再持有庫存。

　　圖5：企業與用戶職能的變化

　　采用3D打印機之后，企業與用戶職能的變化。在產品領域，制造的職能可能從企業轉向用戶。特別是選配件部件、維護部件等領域，這種轉變大有益處。

　　從這個角度出發，3D打印機在維護部件領域的應用前景值得期待。舉例來說，企業長期儲備辦公設備維護部件的成本將得到壓縮。

　　已經停產、需求量不大的產品的維護部件將保留3D數據。用戶只需利用數據，按照需求到附近的營業所、3D印刷服務公司進行成型即可。這樣一來，企業就能夠實現庫存的最小化。

　　培訓用戶

　　對于制造業而言，在使用3D打印機的過程中積累的［3］制造技術經驗也將成為競爭力的源泉。

　　以INCS（總部：東京）運營的Web網站“Inter Culture”為例，該網站向用戶提供的信息還包括“3D打印機逐層打印的方向對于成品的不同影響”（圖6）。網站銷售3D打印機成型服務，以及3D打印機成型制品。

　　圖6：網絡服務的關鍵介紹

　　充分發揮3D打印機的作用必須具備數據制作方法、成型方向設定等技術經驗。對于制造業，提供這些技術經驗有助于擴大業務。

　　該公司雖然也向以制造業為主的企業提供3D打印機試制服務，但Inter Culture的定位基本面向個人。通過把交貨期延長到2周左右，大幅降低了價格。

　　除了交貨期長之外，低價格的另一個支撐是對于簡化服務的貫徹，“直接使用用戶提供的數據，按照要求成型即可”（該公司）。也就是把“用戶理解3D打印機的特性，自主完成3D數據的制作和成型方向的指示等”（該公司）作為前提。

　　不對技術經驗抓著不放，而是按照需要傳播給用戶。這一點的優劣或許會決定未來業務發展的成敗。

　　保證強度亦可減輕重量

　　3D打印機具備可以一體成型復雜形狀的優點。例如，在模具中鋪設彎彎曲曲的冷卻管只有3D打印機才能做到。通過發揮這一特點，過去必需由多個部件組裝而成的部件有望實現一體成型。

　　例如，樹脂熔融型3D打印機可以一體成型中空的完全密閉空間（圖）。一般來說，制作懸空的部分需要支撐物，但樹脂熔融型無需支撐物，即可制作出以一定角度探出的形狀。通過利用這一特征，老方式無法做到的形狀也可以得到實現。還可以在保持強度的前提下減輕重量，這也是使用3D打印機的一大理由。

　　圖：可以一體成型中空的完全密閉空間

　　部分3D打印機還可以一體成型完全密閉的形狀。需要注意的是，3D打印機在采取不同制作方式時，設計的方式也會隨之改變。

　　3D打印機與其他加工方法組合使用

　　在能夠制造形形色色產品的方法中，只有3D打印機從最初到最后都無需人工操作。通過使3D打印機與其他加工方法相結合，其用途有望獲得更大的拓展。

　　例如，制造咖啡館“FabCafe”與K‘s Design Lab舉辦的肖像巧克力作坊。在作坊里，參與者利用3D打印機，根據面部的掃描數據制成原型，通過硅膠模將原型復制為巧克力。作為制造企業為二者提供協助的是從事樹脂包裝等試制業務的WorkCAM（總部：東京）。在選擇巧克力澆注模具的材料時，根據可以應用于巧克力這種食品、可以在短時間凝固以便在作坊中使用、可以使用3D打印機制作的原型等條件，該公司選擇了最符合要求的硅膠。

　　該公司使用此次作坊制作的原型，在上面鑿開吸引用的微孔，對能否進行板材成型進行了測試（圖）。結果取得了成功。傳統的切削加工很難制作面部凹凸的微妙形狀，3D打印機與板材成形這一前所未有的組合方式形成了全新的模式。

　　圖：3D打印機制作的原型與板材成形制品

　　使用3D打印機制作的原型還可以對板材進行成型。可以制成傳統切削加工無法實現的形狀。3D打印機與傳統加工方法的組合可以創造出新的附加值。