疯狂的3D打印
网上3 D打印公司S hapew ays出售的一款灯罩，用尼龙塑料打印而成，售价360美元。3D打印机可生产形状复杂、独一无二的产品。S hapew ays让顾客上传C A D设计图，然后用金属、陶瓷或玻璃在高端3 D打印机上制造出实物。公司还出售一系列打印出的成品。目前，MakerB ot的家用打印机还无法制造出这样复杂精致的产品。网上3 D打印公司S hapew ays出售的一款灯罩，用尼龙塑料打印而成，售价360美元。3D打印机可生产形状复杂、独一无二的产品。S hapew ays让顾客上传C A D设计图，然后用金属、陶瓷或玻璃在高端3 D打印机上制造出实物。公司还出售一系列打印出的成品。目前，MakerB ot的家用打印机还无法制造出这样复杂精致的产品。Shape-ways出售的系列陶瓷咖啡杯。售价50至80美元。
你也许听说过3D打印机，但它似乎离我们的生活依然很远，MakerB ot Replicator2可能改变这一切。这款家用3D打印机初级版售价仅2199美元，可以打印CAD软件设计的任何物品，只需几分钟的时间，操作简便。
乘坐地铁来到布鲁克林第三大道上一个不起眼的街区，敲响大门。等待某个衣着时髦的年轻人打开门带你进去。欢迎光临B otCave.125位工人正在这里创造制造业的未来。
B otC ave是M akerB ot的工作室。过去4年M akerBot公司一直在研发廉价3D打印机，试图让它早日走进普通人的生活。但M akerBot之前的产品和工人们正在组装的新打印机完全无法相比。新款R eplicator 2既非玩具也不是什么复杂的专业工具；它不需要耗费一个周末的时间琢磨要如何使用复杂配套软件。相反，它由一个简单的桌面应用程序驱动，可帮助用户将C A D（Com puter A idedD esign，电脑辅助设计）文件转变成真实的物件，使用起来就像打印一张照片那么简单。最低档的R eplicator2售价2199美元，可用环保材料打印11×6英寸的物件；高端的R epicator2X售价2799美元，只能打印较小的9×16英寸的物品，但带有双打印头，可打印更加复杂的器物。凭借对这两款机器的充足信心，M akerB ot压下了数百万美元，赌3D打印机成为主流家用产品的时刻已经到来。
不同于过去简陋的同类产品，R eplicator 2外观流畅、时髦，大量采用金属材质。很多人可能听说过3D打印机，但并未想过自己能够拥有。Mk erB ot的首席执行官布雷·佩蒂斯认为Replicator 2将会改变这一点。
前几代的M akerBots产品大多用简陋的合成板制成，内部结构一目了然，它们的购买者主要是那些热衷电脑机械的人，他们对机器本身和打印出来的东西一样感兴趣。就像帮助孵化出A pple II个人电脑的家酿计算机俱乐部（H om ebrew C om puter C lub）一样，M akerB ot在某方面类似于家酿打印机俱乐部———一场3D打印机业余爱好者发起的全球运动，试图将现有的工业技术带进家庭。自2009年成立以来，M akerBot已经售出1.3万台3D打印机。
正如早期的个人计算机一样，技术首先出现，而人们尚未想好要如何使用它。早期的个人电脑没有多少用处，只能拿来编程序；然后才出现电子表格、文字处理、电子游戏、电子邮件和万维网。同样的，对于很多早期3D打印机用户，打印出的产品如何反而是次要的，更大的乐趣来自实验和尝试。
随着打印机变得更加可靠，人们的注意力从机器转移到了它印制的产品上。在我家，M akerB ot打印机最常见的用途就是打印玩具：玩具屋里所用的家具、棋盘游戏组件、塑料玩偶。打印、上油漆、玩耍。M akerbot、T inkercad（免费3D设计应用程序）和A utodestk（全球最大的平面、三维设计和软件公司）都有免费设计图库，提供现成的C A D文件，可打印出任何你能够想象到的物件。只需要下载设计图，进行必要的修改，然后发送给M akerBot进行打印。
去年，M akerBot筹集到1000万美元用于公司业务扩展，投资者包括亚马逊购物网创始人杰夫·贝佐斯。市场上出现了多款新的廉价3D打印机，包括一些山寨版，要和它们竞争，M akerBot急需这笔钱，用于设计、研发和生产，还需要一个新的公司总部———当公司产品的顾客从一小群业余爱好者，变成主流大众，这些都是必要的改变。
现在正是M akerBot的关键时刻。正如30年前，苹果公司让桌面打印成为主流，R eplicator2的目标是给公众带来新的体验：桌面制造。
一个世纪前，人们用早期苹果电脑做实验，创造了一些惨不忍睹的东西，但他们逐步改进，技巧越来越娴熟。当这些技巧转移到万维网上，一种全新的出版方式诞生———带动形成一个新的产业。桌面出版改变了世界。
今天，多数人的第一款3D打印作品和早期桌面出版的尝试一样笨拙粗糙，但R eplicator 2凭借简单易用的软件，可选择的双打印头，不但可加快人们的学习过程，还提供更高的打印精度（为之前产品的2至3倍）、更多色彩、更复杂的形状，更可靠的输出。再加上互联网上飞速增加的免费设计图库，不难看到一种不同于今天批量化生产的另一种生产方式。虽然今天家用3D打印机制造出的东西在品质上无法和工厂批量产品相比，但它们显然更个性化、更有创意、更能满足顾客（碰巧也是设计师兼制造者）的需要。桌面制造代表了制造和设计的未来。
很多人也许会以为3D打印是超前的尖端技术，只适用于电脑发烧友或是高端设计工作室。但事实上，很多人在现实生活中可能已经遇到过3D打印，但只是没有意识到而已。
首先让我们从牙医诊所开始。很多定制的牙科配件现在都是用3D打印技术制造的，就像很多矫正牙齿的患者需要佩戴的牙套一样。每一个牙套根据顾客的牙齿形状各不相同，都是独一无二的。牙医助手首先对患者的牙齿进行扫描，然后根据最终矫正后的牙齿位置，用软件设计出矫正阶段需要的牙套模型，再用塑料打印出成品。如果你的牙医能够一次性给你换好牙冠，那是因为替换的牙冠是在诊所用3D打印机制造的。
除了牙齿之外，几乎所有的消费用品或电子产品的样板都是用3D打印机制作的，同样的还有你周围出现的新建筑的设计模型。今天，游戏迷还可以定制《魔兽世界》或任何一款电子游戏角色的模型玩偶，它们也是用3D打印机制作的。如果去东京，你可给自己的头部扫描后，定制一个长着你的面孔的游戏或动画角色玩偶。
商用3D打印机只能使用几十种材料，多数是金属和塑料，但更多的材料还在研制中。研究人员还在尝试五花八门的“墨水”，包括木浆、蔗糖，等等。一些装置还可以用液体食物为原料，比如纸杯蛋糕上的糖霜、融化的巧克力等。很快，我们将能够打印集成电路，自制复杂的电子装置。
当3D打印机打印一个物品时，采用的是一种“添加”技术，就是说，它们从底部开始一层一层地塑造物件。（与之形成对比的是，其他的电脑控制机器，比如数控铣床采用的是“减法”技术，即用打磨工具磨掉多余的部分。）软件首先查看需要打印的物件的CA D文件，决定要如何用最少的材料和时间将其打印出来。以一个机器人玩偶为例，其外壳将被精确地打印出来，但玩偶是中空的，外壳厚度取决于所用材料；软件将会计算出最佳打印厚度，既保证玩偶的坚固，又最大程度地节省原材料。通常打印物件的内部是看不到的，因此没有必要打印出来。但如果完全没有内部结构，玩偶可能太脆弱，因此，软件可能设计成一个蜂窝状的支撑结构，从而用最少的材料达到最大的强度。
然后，软件将玩偶水平“切割”成一层一层，分别打印，每层的厚度由打印机的精度决定，精度越高就越薄。打印头将材料铺设在打印范围之内，软件选择一条路径，使打印头移动的距离最小化。一层打印完之后，打印机的打印平台稍稍向下移动，开始打印下一层，以此类推，一层又层，直到玩偶制作完毕。
整个过程看上去就像是变魔术。这正是数字化制造技术的优势。你不需要知道机器是如何工作，如何优化其打印路径的；一切由软件代劳。我们正在进入一个新时代，正如平面打印机一样，你无需考虑3D打印机是如何工作的，只需要设计出最终成品的样子。
家用3D打印机将会带来无穷乐趣。更重要的是，家用3D打印机标志着一场新工业革命的开始。因为家用R epulicator 2使用的CA D文件同样可用于驱动工业机器人；M akerBots采用G代码，一种标准的数控机床加工语言，正如早期的桌面激光打印机和商用打印机使用的都是Postsciript语言。
因此，当你在电脑上设计好作品之后，可以用桌面3D打印机打印出样品，或是将CA D文件发给工厂，制造上千件产品。基本上，你用自己的M akerBot进行“本土制造”，通过各种云制造服务———包括Shapew ays、Ponoko和阿里巴巴网站上可找到的任何中国批量生产设施———进行全球化生产。A utodest 123D之类的免费CA D软件甚至提供向导服务，简化将产品从一件变成一千件
的过程。你要做的就是按下正确的按钮，输入你的信用卡号码，就算正式进入了制造行业。这些服务甚至可将成品直接寄送给顾客。
Replicator2的一切———它的设计、制造和销售———都为了一个目的，让它进入普通美国人的家里。从打印材料开始：初级R eplicator 2采用一种叫聚乳酸的环保生物塑料。不同于其他材料，聚乳酸在冷却后不会大幅度地收缩，整体而言对机器的精确度要求不太高。由于是用玉米淀粉制成的，它还可自然分解。就像佩蒂斯所说，打印的时候它闻起来“像是华夫饼干”。M akerBot的聚乳酸材料可通过其网站购买，售价每公斤仅48美元，足够制造400枚象棋棋子。（更高档的R eplicator 2X采用ABS塑料，就是制作乐高玩具的材料，它同样不带毒性，但用户在打印时要确保房间通风良好。）
M akerBot还希望大幅削减送货时间。之前的M akerB ot打印机基本上是在收到订单之后才可开始生产，意味着消费者从订货到收到最终产品需要等待6周甚至更长时间。铁杆的粉丝不会在乎这点时间，但普通顾客们则无法忍受如此长的等待，尤其是在假日期间，很多人希望购买的礼物能够在指定的日期送达。对于M akerB ot，这意味着在收到货款之前就具备充足的资金。佩蒂斯的目标是在9月19日产品公开销售日前有210 0台R eplicator2存货，这个存货量远远超过M akerBot之前的任何一款产品。
公司甚至在零售方面押下了更大的赌注：在新产品上市当天，一家M akerB ot零售店将在曼哈顿开业。除了销售新机器外，商店还将举行现场示范，让消费者目睹物品的制造过程。“你还可以当场购买打印出的物品，”佩蒂斯说，“我估计会有大巴载游客来观看，孩子们会贴着窗户目不转睛地看着各种物品在他们眼前诞生。”
这一切对于M akerBot都意味着风险，但佩蒂斯认为现场表演是关键：正如早期的家用电脑一样，人们只有亲眼看到机器是如何工作的，才能明白它的好处。“在人们购买M akerBot打印机之前，可以想象所有的实际应用———所有能够修好的东西、破损的自行车、洗碗机的零件，或是一个可放进狭小空间的牙刷架。”但当一旦机器拿到手，“佩蒂斯说，”就像是他们头脑中有一个开关被打开，开始打印出从前根本没有设想过的奇妙产品。“
他们设计制造珠宝、奇形怪状的东西、抽象派雕塑。他们的孩子开始索要疯狂的玩具，用户可亲眼看着这些东西的诞生，先在电脑屏幕上，然后在真实世界中。事实上，佩蒂斯估计，M akerBot最初的用户中有一半是程序师，现在，新顾客中包括不少的父母。
至于孩子们，根据我的经验。感谢电子游戏，孩子们已经直觉地理解屏幕上的3D图形（也许在你眼中《模拟人生》《当个创世神》并非C A D程序，但其实这就是它们的本质。）第一代软件企业家是像比尔·盖茨这样的小孩，他们和早期个人电脑一起长大，本能地发挥出他们的潜力，下一代的3D打印发明家很可能也是孩子。高中应该重新开设手工课，更名为设计课，只需要给学校的电脑实验室增加几台M akerB ots打印机。相比用Pow erPiont呈现自己的构想，有多少学生宁可设计、制造真实的产品？
但是，将一款方便易用、可靠的机器推向市场并不容易。M akerBot必须击退强大的竞争对手。比如已经推出大众化3D打印机Cube的3D System s，还有来自中国的对手PP3DP.M akerBot希望Replicator凭借更高的打印精度（100微米，而低价竞争者的精度为200至250微米）和打印大件物品的能力成为1000至2500美元价格档次产品中的首选。
此外还有沉睡中的巨人：惠普、爱普生和其他平面打印的大公司。迄今为止，这些公司还满足于技术授权，或是高端的3D商业打印机。但它们还会沉睡多久？佩蒂斯信心十足地回答说“到那时，我们早已遥遥领先。”
所有证据都表明，3D打印已经到了转折点，它的消费者从早期的电脑迷过渡为只是想要制造一点独特产品的普通人。很快，也许就在未来几年里，市场将成熟，家用3D打印机将进入沃尔玛、好市多（美国最大的连锁会员制仓储量贩店），每年卖出数百万台。到那时，惠普和爱普生这样的大公司的加入将带来规模经济效应。一台家用3D打印机的售价可能降到99美元，人人都可以负担。
这并不意味着，从此一切东西都将用打印机制造。数字化制造时代的最大好处在于，我们可以在批量生产和个性定制之间选择。即使你能在自家的车库里制造100只橡皮鸭子，并不意味着你应该这样做。如果用3D打印机，第一只鸭子的成本为20美元，不幸运的是，第100万只鸭子的成本依然要20美元，完全没有规模经济的优势。如果在工厂用传统的注模方式生产鸭子，生产出第一个可能就要花费1万美元———成本大多用于生产模具———但在此之后的每只鸭子都将分摊一部分初始花费，当生产第100万只的时候，鸭子的成本已经降至几美分。对于少量生产（比如几百只橡皮鸭子），数字化生产更有优势。而对于大量加工（比如上百万只橡皮鸭子），传统方式显然更划算。
但有很多产品其实并不需要生产几百万件，几百件即可。几十年前，对于这类物品，唯一的选择就是手工制作。今天，数字化制造可为这种产品带来自动化的生产工艺和接近完美的品质。
数字化制造还让传统生产方式中最昂贵的部分变得廉价。在批量生产时，某种产品越复杂，对它的修改越多，制造成本越高。但数字化制造则完全没有这些顾虑。对于3D打印产品，增加品种不会增加成本；生产100件不同的产品和生产100件相同产品的成本完全一样。增加产品的复杂性也不会增加成本：一件有着众多细节和精巧元件的产品如果用3D打印机打印，成本和打印一块简单的塑料立方体完全一样。最后，修改产品也不会增加成本：修改一件产品意味着只需要修改指令代码。
在科幻电视剧《星际迷航》中，企业号宇宙飞船的船长让-卢克·皮卡德想要一杯热饮料，他只需要命令飞船上的Replicator：“来杯热的格雷伯爵红茶。”M akerBot选择R eplicator作为新款打印机的名称并非偶然。虽然我们距离复制出热红茶依然还有相当遥远的距离，但打印出茶杯已经完全不成问题。
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