义柏研究院丨3D打印，开启“西部世界”

在网飞的热剧《西部世界》中，编剧构造了一个名为“西部世界”的人造人乐园。让人惊讶的是，其中所有的人造人并非机械，也不是克隆人，而是“3D打印人”。

让我们把目光拉回到现实世界，“3D打印”从20世纪80年代诞生以来，好像一直蒙着一层神秘面纱。大众对3D打印技术的想象要么停留在粗糙的手办玩具层面，要么就是遥不可及的科幻场景里。事实上，经过接近50年的技术演进与应用探索，3D打印早已经渗透到我们生活中的方方面面。如同智能手机逐渐进入千家万户，成为每个个体不可获取的生活必需品。3D打印技术以其应用之广，悄然无息地渗透进我们的现代生活空间中。

从起床开始，到晚饭结束，一天中我们究竟会使用多少款3D打印产品？2款？3款？真正的答案是：10款，甚至更多！事实上，从我们戴上眼镜的那一刻起，就已经踏入了“3D打印”的世界。3D打印牙刷，更贴合手感；3D打印胸垫，满足不同女性的身体需求；3D打印背包，贴合人体脊柱；3D打印的汽车零件，降低了汽车生产成本；3D打印牙套，符合不同患者的牙齿矫正需求；3D打印椅子，大大缓解久坐产生的腰酸背痛；3D打印的景观桥，环保结实，又充满现代美感；3D打印的关节植入物，充分考虑骨长入需求。甚至连我们淘宝下单的球鞋，晚餐吃的牛排都很有可能是3D打印出来的！

从3D打印的行业应用角度出发，根据3D打印垂直媒体3D Valley的统计，2019年全球3D打印技术主要应用于工业制造、汽车、消费电子、航空航天、医疗等行业。2021其应用领域已经扩展到考古文博、雕塑艺术等场景，2021年三星堆发掘现场，我国已首次借助3D打印提取文物。

3D打印最早应用于工业领域。20世纪80年代，3D打印技术主要应用于模具加工行业。现代化工业生产中，60%~90%的工业产品需要模具加工。然而，由于模具加工需要进行繁杂的设计、图纸加工、开模、组模、试制、调整环节，费时费力，成本很高。3D打印技术不需要原胚和模具，直接根据计算机三维图形数据进行模具制作，可以实现简化流程，提升效率的效果。

汽车制造业在诸多行业中对于模具需求尤其大。3D科学谷的报告显示，汽车行业占全模具产业中模具需求量34%。汽车生产中，90%以上的零部件依靠模具成型。生产一款普通轿车需要1000-1500套冲压模具。因此，汽车行业是最早尝试引入3D打印的行业之一。

3D打印技术在汽车领域的应用最初为基础的快速原型制造。1999年，大众汽车就已经尝试在汽车开发过程中引入3D打印技术来研发汽车零部件原型。早在2003年，安徽江淮汽车就使用联泰科技的光固化打印设备打印了宾悦模型车的内饰旋钮和按键原型。同年，上海大众也购置了第一台3D打印设备并应用于汽车试制研发。在快速原型制作的基础上，汽车行业尝试使用3D打印技术直接制造零部件。2012年，宝马开始利用3D打印技术为劳斯莱斯幻影生产包括塑料支架的危险警告灯、中心锁按钮、电子停车制动器和插座等零部件。宝马在慕尼黑专门设置了快速技术中心团队，每年生产近2.5万个原型，10万个零件。2019年，通用汽车计划在汽车内安装金属3D打印的轻量化零件。2021年，特斯拉、小鹏、威马等“造车新势力”纷纷购置专业级3D打印机。电动汽车行业也尝试在锂离子电池生产方面采用3D打印技术。

在生产线中引入3D打印技术对汽车行业的降本提效作用也非常显著：大众汽车宣布，在2016年，工厂使用的FDM台式3D打印机每年可帮助降低90%以上的生产成本，工具开发时间缩短95%之多。总体来看，3D打印技术可使汽车零部件样件开发周期缩短40%，成本降低超过20%。尤其随着零部件形状越来越复杂，模具生产难度不断加大，3D打印技术无论是在打印零部件还是定制化复杂夹具制造方面，其应用价值都会更加得到凸显。

此外，在整车制造方面，2010年，世界首款3D打印概念汽车Urbee面世；2013年，3D打印汽车Urbee2推向市场。除了底盘、动力系统和电子设备外，Urbee2超过50%的部分是由ABS塑料打印而成。而电动汽车时代的到来也为3D打印技术带来了新的机遇。一方面，电动汽车的产能投入从全新的工厂开始，在其流水线中引入3D打印技术的空间很大；另一方面，电动汽车的零部件和供应链与传统汽车生产相比有所改变，3D打印技术轻量化、一体化生产的特点也更符合汽车生产制造的需求。

航空航天业也是3D打印的早期实践者之一，早期应用局限于快速原型。与汽车制造业不同，3D打印在航空航天业扮演了“创新加速器”的角色。

航空航天业对于零件轻量化、一体化，以及提高材料使用率、提升生产效率、缩短供应链的需求非常强烈。GE（通用电气）利用3D打印技术生产的燃油喷嘴在LEAP发动机中的应用是典型案例。在传统的生产方式下，这种燃油喷嘴需要由20个不同的零部件组装而成。而3D打印技术可以实现喷油嘴的一体成型，更轻量化。同时在性能上也更耐高温。2010年，空客将LEAP系列发动机应用于A320系列飞机中。含3D打印零件的发动机为GE带来了超过300亿美元的订单。2014年，空客采用3D打印技术生产了超过1000个飞机零件。2016年，GE又将3D打印技术应用于涡轮发动机生产中，对一台35%零件都采用3D打印技术制造的发动机进行测试，2021年8月，GE航空发布消息称，其位于奥本的增材制造工厂已发货第100,000个3D打印的燃油喷嘴，这是该公司和3D打印行业的重要里程碑。2017年，霍尼韦尔在印度的3D打印实验室中测试金属零部件生产，并尝试将超过40种新型金属3D打印粉末应用于航空制造中。2018年，航空航天公司AM Craft订购了4台FDM打印机用于生产；2020年，XB-1超音速飞机使用了超过21个3D打印的钛合金零部件，应用于发动机和环境控制系统。

在航空领域，2016年，俄罗斯木斯克理工大学设计并制造了3D打印纳米卫星外壳。

除了应用于生产工艺外，企业还将3D打印技术引入生产管理层面。西门子2017年推出增材制造软件包，覆盖设计、仿真和生产解决方案，使得3D打印从生产工艺环节走入产品生命周期管理，彻底融入制造业的方方面面。

消费级3D打印机从2007，2008年才开始进入市场。在工业级市场发展的同时，消费级市场崛起的标志包括开源3D打印机项目RepRap的出现、3D打印机成本大幅降低以及桌面级3D打印机的开发迭代。

“开源3D打印机到底开源了什么？有什么用呢？”这是知乎上的一个问题。要想回答这个问题，要先从2005年巴斯大学机械学院教授Adrian Bowyer的RepRap项目说起。Dr.Bowyer等人设计制作了一种可以“自我复制”的打印机，代号“Darwin”。Dr.Bowyer将Darwin的安装过程和文件通过开源方式分享到网站：http://reprap.org上。RepRap，即Replicating Rapid-prototyper的缩写。简单来说，就是3D打印出一台定制化的3D打印机。在Darwin的基础上，参与到RepRap项目中的极客们又开发除了第二代机器Mendel、第三代机器Huxley以及第四代机器Kossel。四代机器全部是以生物学家的名字命名，包含着RepRap项目不断自我复制和进化的含义。有了开源的三维数据以及机械结构后，用户们只需要购买一台支持开源的3D打印机，根据开放出来的开源结构数据进行打印，就可以拥有定制化的3D打印机。曾经全球最大的桌面级3D打印机生产商MakerBot就诞生于RepRap项目，由3名极客基于Darwin进行开发。公司于2013年被FDM打印技术的“老字号”Stratasys收购。

在结构开源的同时，3D打印机的价格也在不断下降。20世纪80年代，Stratasys公司的FDM打印机定价超过1万美元一台。而随着21世纪前十年，主流3D打印关键技术专利陆续到期，3D打印机的售价也逐渐下降。2014年时，在纽约举办的Inside 3D Printing展会上，3D打印机的价格约为500美元一台。面向C端消费者的廉价3D打印机越来越多。国内打印机厂商创想三维的桌面级3D打印机甚至有不超过千元的种类。

低廉的价格与开源的结构结合，促成了近年来海外3D打印消费级市场的活跃。但从国内应用端的产业结构来看，工业依然是3D打印的“主战场”。 

近年来，随着大尺度3D打印技术的成熟，3D打印技术也逐渐渗透进建筑行业。一方面，建筑行业施工复杂、品控要求高、有强环保节能要求，对效率和美观都有一定的要求，3D打印基本可以解决或一定程度缓解以上问题；另一方面，建筑行业有着长期使用CAD、BIM等计算机软件进行设计的习惯，与3D打印本身设计流程是一致的；此外，装配式建筑成为近年来建筑行业改革的重点方向之一，3D打印的建筑过程其实与装配式建筑非常接近。

目前国外建筑3D打印行业方兴未艾。2022年2月21日，美国建筑初创公司ICON凭借3D打印房屋的能力完成了B+轮融资，总估值接近20亿美元。国内的建筑3D打印行业也在迎头赶上。同济大学建筑与城市规划学院袁烽教授在2017年夏天利用机械臂和热塑性高分子材料，3D打印出“云亭”和“步行桥”。清华大学建筑学院的徐卫国教授则将机械臂自动砌砖与3D打印砂浆、混凝土结合起来，接连打造了“砖艺迷宫花园”和混凝土步行桥。3D打印技术可以帮助建筑师实现传统技术实现不了的造型和纹理，在未来行业应用上极有潜力。根据Grand View Research的报告，“3D打印技术的实施提供了高精度、更高的效率、更低的劳动成本和更快的施工速度”。 

此外，雕塑艺术家也尝试将3D打印技术引入创作中。2019年，艺术家隋建国在北京民生当代艺术馆的个展中展示了40多件中大型3D打印雕塑作品。作为新的生产方式，3D打印在艺术与建筑行业未来可期。

万物皆可3D打印，但万物皆适合3D打印吗？答案是否定的。

3D打印只不过是个俗语，并不揭示这项技术的本质特征。它真正的名字叫做“增材制造”(Addictive Manufacturing)，或“快速成形”( Rapid Prototyping Manufacturing)。传统的机械加工方法为“减材制造”。顾名思义，是将原材料装夹固定后通过切削工具将多余材料去除。而增材制造则是利用计算机辅助设计，从无到有地进行生产。哪些产品或领域适合使用3D打印技术，哪些不适合呢？“奥康的剃刀”原则：如无必要，不增实体。这句话最恰当地回答了3D打印技术的特点与适用范围。

根据中国汽车工程学会与3D科学谷提出的“3D打印价值台阶”：3D打印首先适用于小批量生产原型与模具的场景。原型与模具制作的精细化以及效率要求与增材制作技术天然匹配。在这种场景中，模具质量与生产效率是最主要的考量因素。在原型与模具基础上，备品备件是第二类场景。这类场景尤其强调增材制造技术带来的“去库存管理”优势。用来更换的零部件不再需要提前生产并堆积在中心仓库中，等到需要更换的时候由中心仓库运输到各地；只要各地生产中心有一台3D打印机，就可以根据结构数据进行备品备件的生产，从而实现“如无必要，不增实体”的去库存与分布式管理效果。

进一步地，复杂零件的生产更能体现3D打印技术定制化，或“数字制造”的优势所在。原来需要多零件组装而成的复杂零件可以直接一体化打印和生产，从而大大缩短了供应链、减少物流和工人组装所耗费的劳动力。此外，一体化打印也将提升复杂零件的稳定性。从某种程度上说，建筑行业之所以会应用3D打印技术，正是因为原有建筑制造过程中步骤繁杂，组装过程缓慢，而3D打印可以进行复杂结构的一体化打印，从而大大提升建筑效率。3D打印的价值“明珠”则在于创新产品研发。上文提到GE利用3D打印技术生产用于飞机发动机的喷油嘴。而这个探索过程长达10年之久，中间经过了无数次的优化与测试，最终GE生产出的喷油嘴比原有的喷油嘴重量降低了1/4，并改善了喷油嘴过热与积碳问题，寿命提高了接近5倍。其创造的综合效益是不可估量的。

3D打印的价值台阶与产业链及创业企业布局紧密相关。围绕着3D打印的终端客户以及价值台阶，都有哪些玩家，他们各处于怎样的位置？各自的创新之处又在哪里？

3D打印产业链可以简单划分为：材料、核心零部件与软件供应商；打印设备与打印服务商；垂直场景解决方案提供商三大类。

常见的3D打印材料分为金属与非金属两大类。

在金属打印材料方面，目前主要使用钛合金、铁基合金、镍基合金、铝合金材料。按照形态可分为粉末、丝材、箔材三类。金属粉末材料占主导位置。在全球工业级金属3D打印设备中，使用粉末材料的打印机超过90%。加拿大AP&C公司的钛合金粉末占据全球一半以上的粉末床3D打印球形钛合金市场。美国铝业、GKN公司旗下的Hoegannaes公司也是金属粉末的头部供应商。我国的中航迈特、纳联材料、中瑞科技、华联新材等也是我国金属打印材料厂商中的佼佼者。由于打印材料与技术紧密连接，铂力特、升华三维等金属打印设备及服务供应商也会有少数自研材料匹配打印机使用。

在非金属打印材料方面，分为聚合物（有机高分子）材料和无机非金属材料两大类。其中，聚合物材料是3D打印中应用规模最大、实际产量最大、应用面最广的材料。可以说，是3D打印行业中最重要的支柱材料。聚合物材料又可细分为光敏树脂、热塑性高分子材料、激光烧结聚合物材料等应用于不同技术路径的材料。聚乳酸（PLA）、ABS塑料、尼龙（PA）以及不同固化机理的光敏树脂是目前比较常见的聚合物打印材料。目前国际提供商有美国老牌3D打印公司Stratasys、光敏树脂提供商帝斯曼、特种工程塑料提供商威格斯、传统化工巨头BASF等。而国内厂商Polymaker、光华伟业等专注于FDM聚合物的研发与提供，在PLA、PC、PA等材料的性能上都有所改良；博理科技等厂家则专注光固化光敏树脂的研发。

材料性能直接影响下游厂商的打印效果和良率，对下游客户的打印体验、生产成本和效率有决定性的影响，因此材料本身的性质在判断相关3D打印技术是否适用于新场景时也起了重要作用。在此背景下， 材料厂商在应对新场景时，快速定义需求、形成配方的敏捷研发能力是核心竞争力。

3D打印的设备与服务是行业的核心环节。打印机是3D打印技术的主要载体。因此，打印机的分类主要依据是不同的技术路径。目前全球头部的打印机厂商有依靠熔融沉积技术起家的Stratasys、依靠光固化技术起家的3D Systems、激光粉末烧结技术领先企业EOS等老牌公司，也有依靠连续液体界面提取技术起家的Carbon3D、粘结剂喷射技术领先企业Desktop Metal等“新势力”。

值得注意的是，3D打印机的核心技术目前已经不是制约应用场景的核心环节。3D打印机生产商通常会配套相应的耗材以及应用软件，通过向下游客户提供全套解决方案的形式，保证客户使用的产品经过全方位的针对性优化，以期在目标场景的应用得到最优效果。如Stratasys，既是全球头部的熔融沉积成型打印机的销售厂商，也是熔融沉积成型聚合物的头部提供者。不仅研发了多种ABS材料、也是世界上第一家推出PC丝材的打印公司。同时，Stratasys通过收购也发展了软件平台。我国的博理科技、赛纳三维、升华三维等创企也依赖自己掌握的核心打印技术，向上游材料与下游服务不断延伸。事实上，对于任何技术驱动的产业来说，在技术刚刚发明时，由于供应链与行业分工的不完善，发明者都会采用垂直整合的方式先行进入市场。

本文侧重于把若干已探明垂直场景的解决方案提供商归到此类，这类公司通常有成熟的打印机技术、材料供应链以及相关软件，发展的过程中通常只针对某（些）细分领域。

事实上，提供解决方案是打印机厂商摆正研发重心、增强自身议价能力的常见方法。由于打印机厂商在产业链中离下游更近，去找到适合自己的“钉子”场景，并积累行业know-how和客户关系成为重中之重。打印机厂商的发展直接受下游场景自身规模的大小与客户对3D打印接受度的影响。国外的Align Technology深耕齿科赛道、Stryker专注于3D打印骨科植入物的研发、Carbon3D与阿迪达斯等鞋类客户深度绑定。受国外市场的影响，国内厂商也纷纷在齿科、骨科、鞋类应用场景寻求突破。代表性的企业有迅实科技、智塑健康、黑格科技、塑成科技等。

美国的商业史学者钱德勒曾在《塑造工业时代》中写道：“高技术公司除了遇到可能的增长限度外，还可能遇到认知的限制。”当一个行业不再有源源不断的新知识产生时，新产品的商品化速度也会变得缓慢，行业最终会趋于停滞。

当前占应用侧主流的上一代3D打印技术在上世纪80-90年代都已经出现。其中，立体光固化技术（SLA）与熔融沉积技术（FDM）广泛应用于非金属材料打印领域；而激光选区熔融（SLM）、激光选区烧结（SLS）与其延伸出的电子束相关技术广泛应用于金属材料打印领域。

尽管主要技术在21世纪前就已经逐步出现并成熟，3D打印技术依然很“新”。一方面，主流3D打印技术虽然诞生于80-90年代，但由于专利保护，这些技术长时间被少数公司所垄断，直到2009年，FDM和SLA的关键专利才到期。2014年，SLS的关键专利到期。3D打印关键专利的到期将3D打印带入“百家争鸣”的新发展阶段。

另一方面，在主流3D打印技术的基本格局下，一直有着细分领域的创新不断涌现：

以光固化技术为例，传统的立体光固化技术（SLA）以点为投影单位，类似层层堆砌，一直有打印时间长，效率不高的问题。而数字光处理技术（DLP）则以“第二代光固化成型技术”的面貌出现，它以面为单位进行投影，在聚光系统、数字微镜和投影物镜上都有所改进。2015年，连续液面生产（CDLP/CLIP）技术登上《Science》封面。它基于传统的桌面级光固化技术进行改进，使用了一种可使光线和氧气穿过的高分子材料作为树脂槽底部材料，树脂在流动到底部时，因为高分子膜的存在而形成 “死水区”，可以达到连续打印的效果。通过控制氧气进入的时间和容量，连续液面生产技术将光固化技术变成了一种可调节的光化学过程，同时大大缩短了打印时间。传统的SLA技术需要几小时打印的物体，CLIP技术只需要几分钟。

2019年，另一项高速3D打印技术又登上了《Science》：高速大尺寸3D打印技术（HARP）。运用这项技术，快速打印出成年人身形大小的物品也不再是问题。

配合技术演进，光固化技术所使用的材料也有了极大的进步。传统的立体光固化技术是逐点固化，每个点的分子量都不大，因此打印出的产品会比较“脆”。而新一代的光固化技术在材料配方上也有所改良，从而使得打印出的产品更能满足交付与使用需求。

从3D打印各技术路径占比情况来看，根据罗兰贝格的预测，熔融沉积成型、数字光处理、激光选区烧结等相对成熟的传统技术仍然是市场主流技术，但连续液面生产技术、多射流熔融技术等新兴技术的占比也在逐步上升。在Stratasys、3D Systems等众多老玩家林立的局面下，创业企业一旦掌握了突破性的新兴技术，仍然具备突围的机遇。

在3D打印技术的发展路途上并未“万里无云”：“质量-成本-时间”不可能三角在3D打印领域依然成立。打印时间长，动辄几小时，甚至要以天来计时；最薄厚度在100微米左右，依然粗糙；通常需要后处理进行加工打磨；颜色单一；难以处理异质材料打印问题等等，依然困扰着3D打印的从业者们。而上文所介绍的技术端的创新实际上就在解决这些问题：让3D打印再快一点、精度再高一点、颜色再多样一点。

目前在金属打印领域，粘结剂喷射技术（BJ）发展迅速。金属打印技术大体可以分为直接金属打印和间接金属打印两大类。前者不需要脱脂、烧结即可成形，而后者则需要进行后处理加热去除粘结剂。激光选区熔融是典型的直接金属打印技术，虽然打印出的产品致密度较高，但打印过程中需要使用支撑结构，后期去除支撑结构的成本在后期处理中占总成本的70%，而且造成整体制造速度偏慢。近年来发展势头强劲的粘结剂喷射技术则属于间接金属打印技术，代表公司有去年上市的桌面级金属打印机厂商Desktop Metal(DM)、Exone（现已被DM收购）。间接金属打印技术使用的材料通常为金属材料包裹高分子材料，材料价格更便宜，且不需要额外支撑设计，后期虽然需要烧结处理，但烧结处理流程相对成熟。因而粘结剂喷射技术在成本、速度、效率上均有提升。

另一方面，金属打印出的零部件整体精度与传统制造方式下的金属制品相比仍有差距。激光光斑的尺寸和激光器的功率对零件细节特征产生主要影响，其原理在于光斑尺寸以及热量大小决定了微型熔池的大小，从而影响零件的微晶结构。如何达到更高的表面质量与精度也是目前金属打印技术面临的另一大挑战。

在非金属打印领域，一方面工艺上不断走向更细致的创新。如前文所述，光固化及其延伸技术的发展是一大热点。新兴的连续液面生产技术和高速大尺寸3D打印技术极大突破了传统立体光固化打印技术在速度、精密度和尺寸上的限制，因而有了新的应用场景。另一方面，异质材料处理，多彩材料打印也是探索方向之一。

材料的发展对于应用起到十分关键的作用。目前可供3D打印的材料种类较少；已有的可打印材料性能有待改善是目前3D打印技术面临的两方面紧迫问题。

光固化技术基本只能采用光敏树脂，熔融沉积技术对材料的接纳度较高，可配合热塑性、热固性材料使用，但综合可打印性、产品可用性等指标，可供选择的优品类别仍然极为有限。而激光烧结、近净成型等技术基本采用较少种类的金属粉末或者丝材。目前3D打印常用的光敏树脂材料不足10种、常用陶瓷材料不足5种。主流材料是接近200种的热塑性和热固性材料。

在已有材料中，高质量光敏树脂市场长期被帝斯曼等国外公司所垄断。而帝斯曼生产的SOMOS系列光敏树脂的价格接近2,000人民币/公斤，国产光敏树脂的价格也接近1,000元/公斤。常用于金属打印的钛合金材料，进口粉末的价格在2,800至4,000人民币/公斤。国产价格在1,500人民币/公斤左右。专业级场景中的客户很难承受如此高的耗材成本。

在诸多3D打印材料中，聚乳酸材料属于价格适中，且性能较为优良，出货量较大的材料。普通的聚乳酸平均价格为25-28人民币/公斤。目前市面上价格低于50元的聚乳酸基本上聚乳酸成分较少，或者用聚乳酸的回收料制作。这类聚乳酸材料可用于非专业的使用场景，但是一旦应用于专业的生产级场景下，成品的良率就很难保证，从而会导致项目进度变慢，甚至流产。适用材料依然不多且价格昂贵是3D打印材料面临的首要问题。

其次，现有的3D打印材料性能依然有待改善。如聚乳酸材料存在耐温性、层间附着力问题；尼龙材料常有翘曲问题等。但近来国内外的主要材料厂商针对材料性能不足问题都有一定突破。如Polymaker研发的ProMatter PLA不仅改善了一些聚乳酸材料的老问题，还比传统PLA丝材轻30%，其开发的PC-Plus和PC-Max材料在适用打印温度和翘曲问题上有明显的改善。

根据3D打印垂直媒体南极熊的分类，3D打印软件分为：设计软件、数据处理软件、打印控制软件、仿真软件、计算软件与云平台等6大类。

设计软件处于产业链的最前端。目前三维建模的通用软件Maya，3ds Max等都可用于3D打印的模型设计。在模型设计完成后，还需要将模型导入数据处理软件和切片软件中来确保模型可以被成功、精确地打印。在数据处理软件之后，还有复杂的打印控制软件、仿真软件、计算软件等。此外，由于3D打印通用的文件格式是STL文件，在设计文件完成后，还需要将设计文件转化成STL格式。CAD转为STL的过程中经常会有大量的损坏和错误。因此产生了专门的修复软件Magic RP。3D打印设计的软件环节多，且复杂，软件功能的集成化自然而然成为发展需求之一。

在诸多软件中，数据处理软件是3D打印领域较有特色，也最为重要的环节之一。目前，Materialise（玛瑞斯）面向制造业（汽车、航空航天等）、消费品生产与医疗行业提供全面的设计、工程与软件打印服务。然而，不同行业对3D打印软件实际上存在差异化的需求。以医疗领域的骨科植入物为例，在技术与材料方面，从业人员已经取得共识。真正的壁垒在于植入体的结构。考虑不同年龄、性别、身体情况的金属植入物则需要在表面打印出大小不一的精密孔隙，给骨长入预留充分空间。在骨科植入物打印领域，设计，打印，处理系统三位一体，构成了行业真正的壁垒。采用Autodesk Within、Materialise、nTopology等通用的3D打印软件很难考虑到行业的特殊需求。

与骨科类似、齿科也有其个性化的需求。因此，随着3D打印行业的逐步成熟，针对于垂类行业，具备丰富行业know-how积累的软件厂商将有机会突破国外传统通用型3D打印软件的桎梏。

疫情等因素导致全球贸易去全球化趋势抬头，传统制造业的全球供应链被严重破坏，跨国物流运输愈加艰难，用3D打印来弥补供应链的空白，“分布式制造”成为顺应疫情与时代变化的选择。

传统的大规模生产流程比较集中：生产者集中于工厂，设计者集中于专业公司。这种集中式的生产流程在遇到诸如疫情这类突发事件时，往往没有抵抗能力。供应链的阻断对生产流程产生极大影响。而“分布式”制造的理念则主张由小规模、分布式节点的小型制造企业构成庞大的生产网络。每个小型制造企业都是一个生产节点，每个生产节点都可以自主生产并且互相连接，而3D打印恰好满足了这一需求。

企业不仅可以利用3D打印机进行自主生产，3D打印软件也构成了共享网络。随着3D打印技术的进步与材料成本的进一步下降，每个工厂都至少有一台3D打印机将不再是难事。这样一来，供应链阻断、物流传输、库存积压等问题都将大大缓解。

作为数字化智能制造的生产方式，3D打印过程中会积累大量数据。如设计数据：包括CAD模型、拓扑优化、点阵结构、组装加工余量等数据；打印准备数据：如零件构建方向、支撑结构数据；工艺参数：如切片、能量输入、扫描速度与路径数据；打印过程监控数据；熔池数据；后处理数据；质量检测数据等。数据的产生与积累为机器学习切入该领域提供了空间。

将AI技术引入3D打印平台软件中，可以实现用户打印数据的留痕、输入、处理、训练、优化，从而促进整个打印系统的自我学习和进化。事实上，已经有企业将AI与打印流程结合。Markforged公司在其研发的The Digital Forge平台上记录了所有用户的打印流程经验。这些数据会上传到云端平台，用户的每一次打印都会比上一次更准确。

从最初的技术发明，到专利申请，大公司凭借技术垄断市场，再到关键技术专利的相继到期，3D打印进入“民主化”阶段，众多3D打印创企崛起，消费级市场与专业级市场“平分秋色”，3D打印的技术、市场、政策、创业生态都在逐渐改善。

因此我们得出如下结论：

1. 3D打印是一个快速成长中的赛道，下游场景已多点开花，广度上向消费、生产各环节开始渗透，深度上已不局限于小批量、定制化开发，开始向更后端的工业应用辐射；

2. 与传统制造相比，3D打印工艺复杂度显著更高，提升3D打印的成功率、良品率，解决生产速度、精度、稳定性，降低材料成本等环节是当前发展阶段的关键；

3. 3D打印作为一种制造技术，其技术路线，包括材料、设备、软件的选择，与应用场景高度耦合，覆盖场景数量以及场景的大小、覆盖深度很大程度上决定了商业前景；

4. 对下游场景的深度覆盖，核心能力在于针对单一场景的know-how和定制化开发；广泛覆盖的难点在于研发的敏捷响应、数据积累和网格效应；

5. 新一代数字化工具有望帮助3D打印玩家摆脱基于经验主义的陈旧研发体系，提升研发ROI。

参考文献

1. [美]胡迪•利普森，梅尔芭•库曼. 3D打印:从想象到现实[M]. 赛迪研究院专家组 译. 中信出版社：2013.

2. 王晓燕,朱琳. 3D打印与工业制造[M]. 机械工业出版社：2019.

3. 周廉.中国3D打印材料及应用发展战略研究咨询报告[M]. 化学工业出版社:2020

4. 史玉升，闫春泽，周燕，吴甲民，汪艳，余圣甫.3D打印材料[M]. 华中科技大学出版社:2019.

5. 朱红.3D打印技术基础[M].华中科技大学出版社:2017.

6. 邓丽荣,王晓刚,陆树河,华小虎.增材制造原材料发展现状[J].科技资讯,2016,14(24):47-50.

其他重要参考媒体

1. 3D Science Valley: http://www.3dsciencevalley.com/

2. 南极熊3D打印网: http://nanjixiong.com/

3. 36KR相关公司研究和行业研究

4. 知乎3D打印相关问题与专栏