受海外醫(yī)療防護(hù)物資緊缺影響，利用3D打印設(shè)備制作出的口罩、醫(yī)用面罩、護(hù)目鏡等一時間成了“救場奇兵”。

根據(jù)國內(nèi)B2C跨境電商平臺全球速賣通的數(shù)據(jù)顯示，疫情以來該平臺上3D打印機(jī)的銷售額和去年相比已經(jīng)翻了一番，盡管今年3D打印機(jī)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(shè)備產(chǎn)量同比大幅增長344.7%。

那么，3D打印機(jī)的銷量為何會因疫情而“走俏”？

雷鋒網(wǎng)了解到，歐、美國家由于基礎(chǔ)制造業(yè)較少，他們選擇用3D打印技術(shù)去制造面罩、呼吸閥、口罩扣等緊缺的醫(yī)療物資。與傳統(tǒng)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(yīng)鏈流程，生產(chǎn)效率更高，并且制造門檻也更低。

國內(nèi)消費(fèi)級3D打印機(jī)制造商創(chuàng)想三維，既是這一波3D打印風(fēng)潮中的獲益者，同時也是國內(nèi)3D打印行業(yè)的主要參與力量。他們表示：

“3D打印只需要事先設(shè)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(tǒng)工藝在制作需要經(jīng)過原型塑形、翻模、打磨的階段，而3D打印則不需要加工機(jī)床和模具，復(fù)雜程度大大降低。雖然單個打印時間較長，但是批量化生產(chǎn)能縮短工藝流程?！薄傲硗?，3D打印的精確度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝塑形，它能夠從一開始就盡早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題，避免沒必要的返工，從而縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，更快反應(yīng)市場，降低企業(yè)開發(fā)成本，提高效率?！?/p>

為了帶大家更深度地了解3D打印行業(yè)，近期雷鋒網(wǎng)和創(chuàng)想三維、大勢智慧等這些國內(nèi)3D打印行業(yè)的主體力量進(jìn)行了對話，從3D打印機(jī)、3D建模、行業(yè)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(xiàn)可以說顛覆了人們對傳統(tǒng)生產(chǎn)制造的認(rèn)知。

與普通打印機(jī)相比，3D打印機(jī)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(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)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(dāng)3D打印機(jī)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(jī)上的模型變成實(shí)物。

起初，3D打印主要是在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于某些產(chǎn)品或零部件的直接生產(chǎn)制造，比如在航空航天、工程施工、醫(yī)療、教育、地理信息系統(tǒng)、汽車等垂直領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

2015年，美國國家航空航天局（NASA）基于3D打印技術(shù)，打印出航空火箭發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)出現(xiàn)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(yè)由機(jī)器完成，一體成型，建筑速度快，工人的作用多為操作和檢驗(yàn)3D打印機(jī)的工作情況，因此對人力的需求比傳統(tǒng)建筑行業(yè)少。2019年，美國加州大學(xué)圣迭戈分校利用3D打印技術(shù)，制造出模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的脊髓支架，成功幫助大鼠恢復(fù)了運(yùn)動功能。在英國利茲和愛丁堡大學(xué)的科學(xué)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(shù)百個味蕾狀結(jié)構(gòu)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(yùn)載火箭上，搭載著我國新一代載人飛船試驗(yàn)船，船上還搭載了一臺“3D打印機(jī)”。這是我國首次太空3D打印實(shí)驗(yàn)，也是國際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印實(shí)驗(yàn)。

以上這些，大到工程建筑、火箭發(fā)動機(jī)，小到脊髓支架等都有用到3D打印技術(shù)，那么它是如何打印這一切的？

雷鋒網(wǎng)了解到，3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上游包括3D建模軟件、3D建模掃描儀和3D模型數(shù)據(jù)平臺等建模工具，以及各種3D打印材料。產(chǎn)業(yè)鏈中游主要是桌面級、工業(yè)級打印機(jī)等設(shè)備，再加上航空航天、船舶工業(yè)、汽車工業(yè)、軌道交通及醫(yī)療為主的一些下游應(yīng)用。

據(jù)公開信息，目前3D打印采用的主流技術(shù)有：FDM熔融沉積、SLS粉末材料選擇性激光燒結(jié)、DLP光固化、SLA光敏樹脂選擇性固化等。

國內(nèi)主要專注于FDM和光固化技術(shù)研發(fā)與制造的3D打印機(jī)制造商——創(chuàng)想三維，談及為何會選擇這兩大技術(shù)方向，他們表示：

“因?yàn)檫@兩大方向是目前運(yùn)用得最廣泛、普及率最高的技術(shù)。創(chuàng)想三維自成立六年來，結(jié)合自身的技術(shù)、資源選擇了FDM和光固化做運(yùn)用功能的開發(fā)，為3D打印產(chǎn)業(yè)化真正落地助力?！?/p>

“在不少人眼中，3D打印機(jī)體積大、價格昂貴，并有較大的使用瓶頸，是屬于少數(shù)人的游戲，因此創(chuàng)想三維希望將3D打印底層技術(shù)優(yōu)化，為3D打印機(jī)的全球普及化發(fā)力，并堅持以消費(fèi)級3D打印機(jī)為方向，使3D打印機(jī)平民化，走進(jìn)千家萬戶，讓人們享受到科技帶來的便捷?！?/p>

此外，針對國外市場3D打印的發(fā)燒友玩家動手能力強(qiáng)，創(chuàng)造性高，希望產(chǎn)品可以DIY成自己想要的模樣，國內(nèi)一些3D打印機(jī)制造商的DIY系列產(chǎn)品正在滿足這部分用戶的需求，使其以較少的費(fèi)用即可組裝出一臺他們需要的3D打印機(jī)。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(chǎn)物。

從3D打印機(jī)到3D建模

3D打印技術(shù)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(fā)周期，尤其適用于形狀復(fù)雜、定制化、輕量化訴求強(qiáng)烈的柔性制造加工場景等因素有關(guān)。

同時我們也發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段的3D打印機(jī)打印速度比較慢，較為耗費(fèi)時間。而大型的3D打印機(jī)，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(shè)備更可以讓3D打印機(jī)從“小眾”走向“大眾”。

近些年，創(chuàng)想三維3D打印機(jī)在海外市場的銷售額正在大幅度增長。據(jù)創(chuàng)想三維官方信息，創(chuàng)想三維Ender-3 、CR-10 兩大系列打印機(jī)在全球熱賣，長期占據(jù)谷歌3D打印機(jī)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(xì)化要求，制造出速度更快、精度更高、性能更優(yōu)、質(zhì)量更可靠的光固化3D打印機(jī)，從消費(fèi)級市場入手，普及光固化3D打印機(jī)的運(yùn)用范圍。

而至于3D打印機(jī)是如何精準(zhǔn)地打印出特定的實(shí)物？這里不得不提到3D建模。

以3D打印在地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用為例，三維數(shù)據(jù)制造與應(yīng)用服務(wù)商大勢智慧正從小場景的3D建模到大場景的3D建模持續(xù)發(fā)力，可以算是國內(nèi)很有代表性的一家企業(yè)了。

目前，他們面向的垂直領(lǐng)域已從食品、文博展示、游戲等拓展到智慧城市的消防、應(yīng)急管理和工程施工。

雷鋒網(wǎng)了解到，其對真實(shí)世界進(jìn)行高精度數(shù)字化和3D建模時，主要包括數(shù)據(jù)采集和算法處理兩大重點(diǎn)環(huán)節(jié)。前者中，類似于SLAM這種激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)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(jìn)行高精度數(shù)字化時，其3D建模的數(shù)據(jù)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(yè)相機(jī)，由于嵌入了GPS等模塊使得相機(jī)有了姿態(tài)和位置，其建模的結(jié)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(shí)景三維重建引擎G-Engine1.0的三維語義化和技術(shù)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?qū)崿F(xiàn)“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(jìn)一步識別房屋樓層與路面植被，實(shí)現(xiàn)語義信息提取，真正實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)從可“看”到可用。

談及3D建模過程中的難點(diǎn)問題，大勢智慧CEO黃先鋒重點(diǎn)提到兩點(diǎn)，首先是圖像大規(guī)模處理過程的容錯能力，再者是弱紋理區(qū)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(dāng)我們有100萬個圖像時，僅是檢索、匹配等這些操作的復(fù)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(tǒng)自動地挑出來，最終使得計算機(jī)的計算過程準(zhǔn)確無誤。”

在弱紋理區(qū)的匹配與文件處理，黃先鋒提到城市中有大量的區(qū)域是弱紋理的，這種情況下計算機(jī)在進(jìn)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(xì)節(jié)的處理。

“比如同一張圖像他們會提取很多特征點(diǎn)，通過計算點(diǎn)和點(diǎn)之間對應(yīng)的連接圖像的區(qū)域參數(shù)判斷能不能匹配上。在此過程中，實(shí)際上會出現(xiàn)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(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本讓計算機(jī)學(xué)習(xí)這些規(guī)則，人工智能技術(shù)根據(jù)原來數(shù)值解的匹配結(jié)果再來去做訓(xùn)練?！?/p>

在具體的應(yīng)用中，大勢智慧正用實(shí)景三維賦能行業(yè)，將三維數(shù)據(jù)服務(wù)廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)領(lǐng)域中。

從“小眾”到“大眾”

追溯其起源，我們發(fā)現(xiàn)3D打印這項技術(shù)是自上世紀(jì)80年代發(fā)明以來逐漸地走進(jìn)人們的生產(chǎn)生活中，同時人們一步步在把萬物皆可打印推向現(xiàn)實(shí)。

到了未來，3D打印將會是怎樣的？

有專家觀點(diǎn)認(rèn)為，精密、微小的器械是未來3D打印的重點(diǎn)，同時行業(yè)發(fā)展也面臨一些制約因素。一方面是生產(chǎn)速度，微納3D打印一直在打印時間上無法超越傳統(tǒng)注塑，很難形成批量化生產(chǎn)，所以較多的還是應(yīng)用于前期產(chǎn)品研發(fā)階段。

另一方面，是打印材料，現(xiàn)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(dá)到工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的要求。

創(chuàng)想三維則表示：

“制約3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素，首先3D打印機(jī)的使用門檻較高，由于3D打印涉及到建模這種比較專業(yè)的技術(shù)，因此它的使用有一定的技術(shù)壁壘。而創(chuàng)想三維通過建立創(chuàng)想云APP平臺，匯集了萬余種精致實(shí)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(yè)，還處于功能開發(fā)運(yùn)用階段，創(chuàng)想三維也一直在努力，希望在3D打印技術(shù)上能有全新的突破?！?/p>

除了以上提到的這些，雷鋒網(wǎng)(公眾號：雷鋒網(wǎng))了解到，目前3D打印產(chǎn)業(yè)還存在用戶認(rèn)知度不夠的問題。不少人認(rèn)為3D打印離自己的生活較遠(yuǎn)，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(tài)的背后，意味著我們需要更多有影響力的廠商來推動產(chǎn)業(yè)的進(jìn)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”。