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作者 | 郭仁賢
出品 | 雷鋒網產業組
受海外醫療防護物資緊缺影響，利用3D打印設備制作出的口罩、醫用面罩、護目鏡等一時間成了“救場奇兵”。
根據國內B2C跨境電商平臺全球速賣通的數據顯示，疫情以來該平臺上3D打印機的銷售額和去年相比已經翻了一番，盡管今年3D打印機的海外倉備貨大幅增加，但疫情之下這些備貨已被搶空。其中，4月份中國3D打印設備產量同比大幅增長344.7%。
那么，3D打印機的銷量為何會因疫情而“走俏”？
雷鋒網了解到，歐、美國家由于基礎制造業較少，他們選擇用3D打印技術去制造面罩、呼吸閥、口罩扣等緊缺的醫療物資。與傳統制造模式相比，這種制造模式的好處是不受空間的制約，能夠縮短供應鏈流程，生產效率更高，并且制造門檻也更低。
國內消費級3D打印機制造商創想三維，既是這一波3D打印風潮中的獲益者，同時也是國內3D打印行業的主要參與力量。他們表示：
“3D打印只需要事先設計好，制作過程可以完全不用人工，減少了人力成本。其次，3D打印所需的工序更少，傳統工藝在制作需要經過原型塑形、翻模、打磨的階段，而3D打印則不需要加工機床和模具，復雜程度大大降低。雖然單個打印時間較長，但是批量化生產能縮短工藝流程。”
“另外，3D打印的精確度遠高于傳統工藝塑形，它能夠從一開始就盡早發現產品問題，避免沒必要的返工，從而縮短產品設計周期，更快反應市場，降低企業開發成本，提高效率。”
為了帶大家更深度地了解3D打印行業，近期雷鋒網和創想三維、大勢智慧等這些國內3D打印行業的主體力量進行了對話，從3D打印機、3D建模、行業未來趨勢等視角展開交流。
如何打印“世界”？
3D打印又稱“增材制造”（Additive Manufacturing），它的出現可以說顛覆了人們對傳統生產制造的認知。
與普通打印機相比，3D打印機的工作原理和前者基本相同，只是打印材料有些不同。普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有粉末狀的金屬、陶瓷、砂，以及塑料等可粘合的打印材料。當3D打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把打印材料一層層疊加起來，最終把計算機上的模型變成實物。
起初，3D打印主要是在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于某些產品或零部件的直接生產制造，比如在航空航天、工程施工、醫療、教育、地理信息系統、汽車等垂直領域都有所應用。
2015年，美國國家航空航天局（NASA）基于3D打印技術，打印出航空火箭發動機的頭部。這使得零件大量減少，焊縫也隨之減少，降低了火箭發動機出現故障概率的同時，使得迭代周期縮短、成本降低。
在迪拜，政府選擇用3D打印來建造政府大樓。3D打印建筑主要作業由機器完成，一體成型，建筑速度快，工人的作用多為操作和檢驗3D打印機的工作情況，因此對人力的需求比傳統建筑行業少。
2019年，美國加州大學圣迭戈分校利用3D打印技術，制造出模仿中樞神經系統結構的脊髓支架，成功幫助大鼠恢復了運動功能。
在英國利茲和愛丁堡大學的科學家，他們成功研制出仿生舌頭。科研人員找到15名成年志愿者，在其舌頭表面做了硅膠印模，再把印模通過3D掃描，繪制成數百個味蕾狀結構的密度和尺寸......
另外，今年5月我國首飛成功的長征五號B運載火箭上，搭載著我國新一代載人飛船試驗船，船上還搭載了一臺“3D打印機”。這是我國首次太空3D打印實驗，也是國際上第一次在太空中開展連續纖維增強復合材料的3D打印實驗。
以上這些，大到工程建筑、火箭發動機，小到脊髓支架等都有用到3D打印技術，那么它是如何打印這一切的？
雷鋒網了解到，3D打印產業鏈上游包括3D建模軟件、3D建模掃描儀和3D模型數據平臺等建模工具，以及各種3D打印材料。產業鏈中游主要是桌面級、工業級打印機等設備，再加上航空航天、船舶工業、汽車工業、軌道交通及醫療為主的一些下游應用。
據公開信息，目前3D打印采用的主流技術有：FDM熔融沉積、SLS粉末材料選擇性激光燒結、DLP光固化、SLA光敏樹脂選擇性固化等。
國內主要專注于FDM和光固化技術研發與制造的3D打印機制造商——創想三維，談及為何會選擇這兩大技術方向，他們表示：
“因為這兩大方向是目前運用得最廣泛、普及率最高的技術。創想三維自成立六年來，結合自身的技術、資源選擇了FDM和光固化做運用功能的開發，為3D打印產業化真正落地助力。”
“在不少人眼中，3D打印機體積大、價格昂貴，并有較大的使用瓶頸，是屬于少數人的游戲，因此創想三維希望將3D打印底層技術優化，為3D打印機的全球普及化發力，并堅持以消費級3D打印機為方向，使3D打印機平民化，走進千家萬戶，讓人們享受到科技帶來的便捷。”
此外，針對國外市場3D打印的發燒友玩家動手能力強，創造性高，希望產品可以DIY成自己想要的模樣，國內一些3D打印機制造商的DIY系列產品正在滿足這部分用戶的需求，使其以較少的費用即可組裝出一臺他們需要的3D打印機。比如今年6月在海外Kickstarter平臺眾籌的 DIY新品CR-6 SE，就是基于此理念的產物。
3D打印技術之所以受到青睞，一定程度上與其無模具限制，能夠縮短研發周期，尤其適用于形狀復雜、定制化、輕量化訴求強烈的柔性制造加工場景等因素有關。
同時我們也發現，現階段的3D打印機打印速度比較慢，較為耗費時間。而大型的3D打印機，盡管看起來非常高端大氣，但是不適合家庭的場景，同時桌面型3D打印設備更可以讓3D打印機從“小眾”走向“大眾”。
近些年，創想三維3D打印機在海外市場的銷售額正在大幅度增長。據創想三維官方信息，創想三維Ender-3 、CR-10 兩大系列打印機在全球熱賣，長期占據谷歌3D打印機全球搜索排行榜榜首。
而他們即將在市場上大力推廣的光固化新品，正是為了滿足用戶的精細化要求，制造出速度更快、精度更高、性能更優、質量更可靠的光固化3D打印機，從消費級市場入手，普及光固化3D打印機的運用范圍。
而至于3D打印機是如何精準地打印出特定的實物？這里不得不提到3D建模。
以3D打印在地理信息系統領域的應用為例，三維數據制造與應用服務商大勢智慧正從小場景的3D建模到大場景的3D建模持續發力，可以算是國內很有代表性的一家企業了。
目前，他們面向的垂直領域已從食品、文博展示、游戲等拓展到智慧城市的消防、應急管理和工程施工。
雷鋒網了解到，其對真實世界進行高精度數字化和3D建模時，主要包括數據采集和算法處理兩大重點環節。前者中，類似于SLAM這種激光雷達的數據采集方式，成本相對比較高，并且在工作過程中還受到激光器的能量、接收時間等條件的限制。
因此，對城市進行高精度數字化時，其3D建模的數據采集一般采用攝影測量這種成本較低、性價比高的方式。另外，用于攝影測量的工業相機，由于嵌入了GPS等模塊使得相機有了姿態和位置，其建模的結果只要基于一系列照片合成就行。
今年10月中旬，大勢智慧基于實景三維重建引擎G-Engine1.0的三維語義化和技術儲備，又最新推出G-Engine2.0。
對比1.0版本，G-Engine2.0版本的語義三維成果完成度更高，能夠實現“按需單體化”，不僅可以在建模過程中完成對建筑、地形和道路的分類，還能進一步識別房屋樓層與路面植被，實現語義信息提取，真正實現三維數據從可“看”到可用。
談及3D建模過程中的難點問題，大勢智慧CEO黃先鋒重點提到兩點，首先是圖像大規模處理過程的容錯能力，再者是弱紋理區的匹配與文件處理。
首先在容錯能力方面，黃先鋒表示：
“就像我們拼圖一樣，如果只有100張圖像要拼在一起，哪怕是人工操作一般也不會出錯。然而，當我們有100萬個圖像時，僅是檢索、匹配等這些操作的復雜程度就會大大升級，再加上有些圖像比較相似甚至有損壞，各種各樣的誤差都要在處理過程中被系統自動地挑出來，最終使得計算機的計算過程準確無誤。”
在弱紋理區的匹配與文件處理，黃先鋒提到城市中有大量的區域是弱紋理的，這種情況下計算機在進行圖像匹配時是很難分辨的，為此大勢智慧將人工智能引入到這種細節的處理。
“比如同一張圖像他們會提取很多特征點，通過計算點和點之間對應的連接圖像的區域參數判斷能不能匹配上。在此過程中，實際上會出現很多的這種不匹配的情況，但總能有一部分正確的匹配留下來，再以這些數據作為訓練樣本讓計算機學習這些規則，人工智能技術根據原來數值解的匹配結果再來去做訓練。”
在具體的應用中，大勢智慧正用實景三維賦能行業，將三維數據服務廣泛應用于眾多行業領域中。
追溯其起源，我們發現3D打印這項技術是自上世紀80年代發明以來逐漸地走進人們的生產生活中，同時人們一步步在把萬物皆可打印推向現實。
到了未來，3D打印將會是怎樣的？
有專家觀點認為，精密、微小的器械是未來3D打印的重點，同時行業發展也面臨一些制約因素。一方面是生產速度，微納3D打印一直在打印時間上無法超越傳統注塑，很難形成批量化生產，所以較多的還是應用于前期產品研發階段。
另一方面，是打印材料，現在主流的微納3D打印仍然使用的是光固化（DLP）的方法，使用的材料較多的還是光敏樹脂，有很多性能還無法達到工業產業化的要求。
創想三維則表示：
“制約3D產業發展的因素，首先3D打印機的使用門檻較高，由于3D打印涉及到建模這種比較專業的技術，因此它的使用有一定的技術壁壘。而創想三維通過建立創想云APP平臺，匯集了萬余種精致實用的模型，致力于做到一鍵化打印。”
“其次，3D打印畢竟還是較新的行業，還處于功能開發運用階段，創想三維也一直在努力，希望在3D打印技術上能有全新的突破。”
除了以上提到的這些，雷鋒網了解到，目前3D打印產業還存在用戶認知度不夠的問題。不少人認為3D打印離自己的生活較遠，并不知道3D打印能干什么，以及怎樣為自己的生活帶來便利......
而這一系列常態的背后，意味著我們需要更多有影響力的廠商來推動產業的進步，讓普通百姓了解3D打印，使他們享受到科技帶來的紅利，只有這樣，3D打印才能更好地從“小眾”走向“大眾”。雷鋒網雷鋒網
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