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(shù)據(jù)“3D-printing Development Kit”。用戶可以直接使用該數(shù)據(jù)，以喜歡的顏色進行3D打印，也可以定制圖案。數(shù)據(jù)包括組裝成品的3D數(shù)據(jù)（下方藍色部件），以及6個構(gòu)成組件的3D數(shù)據(jù)（下方灰色部件）?！癓umia 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(chǎn)品的3D數(shù)據(jù)，提供了用戶利用3D打印機制作部件的機會。該公司在官網(wǎng)上公開了音樂合成器“OP-1”選配件（背帶部件等）的3D數(shù)據(jù)。另外，3D數(shù)據(jù)還可以通過“Shapeways”網(wǎng)站下載。用戶下載數(shù)據(jù)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(yè)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(yè)的直銷網(wǎng)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(shè)想賦予形狀

　　INCS（總部：東京）經(jīng)營的3D打印服務(wù)“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?；拘螤钣蒊NCS提供，文字（Message）部分由用戶定制。左圖（發(fā)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(chǎn)品，也可以使用3D打印機靈活地應(yīng)對。

　　4 任何設(shè)計皆可

　　利用3D打印機可以設(shè)計出非常個性的產(chǎn)品。圖為3D打印機生產(chǎn)商美國3D Systems的關(guān)聯(lián)企業(yè)——荷蘭Freedom Of Creation通過Web網(wǎng)站銷售的凳子和燈罩。（攝影：3D Systems）

　　任何人都可以策劃、設(shè)計

　　5 制造世界上獨一無二的情人節(jié)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(lián)合主辦），參與者首先掃描自己的相貌，獲得3D數(shù)據(jù)，然后利用3D打印機制作原型（左下圖）。把原型轉(zhuǎn)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(wù)也可以提供給一般消費者。這個體驗活動據(jù)說還受到了著名巧克力制造商的關(guān)注。3D打印機在食品加工領(lǐng)域今后也有望得到更多活躍的機會。

　　6 藝術(shù)家躍躍欲試

　　藝術(shù)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(lián)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(chǎn)）（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(chǎn)等領(lǐng)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(shù)工學研究科）

　　8 幫助醫(yī)生提高技能

　　醫(yī)療機構(gòu)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(xiàn)了切斷時的質(zhì)感。通過使內(nèi)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(nèi)臟的立體模型（右下圖）是根據(jù)患者的CT掃描數(shù)據(jù)，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(nèi)部情況清晰可辨。在向患者說明病情和手術(shù)參照等用途中已經(jīng)得到了應(yīng)用。（攝影：FASOTEC醫(yī)學工程中心）

　　9 驗證醫(yī)療器械的功能

　　對于熟悉醫(yī)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(shù)使用的骨盆仿真模型（左下圖）和胸腔鏡手術(shù)使用的仿真模型（右下圖）等都已經(jīng)投入了實用。不只是醫(yī)生，這也是醫(yī)療器械企業(yè)需求強烈的用途。（攝影：FASOTEC醫(yī)學工程中心）

　　10 留下腹中胎兒的成長記錄

　　Fasotec的醫(yī)學工程中心于2012年7月，與婦產(chǎn)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(wù)。服務(wù)的內(nèi)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(fā)流程的好機會

　　3D打印機價格下降、成型材料品種增加，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也在不斷充實。在制造業(yè)之外的領(lǐng)域，3D打印機的應(yīng)用領(lǐng)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(chǎn)生了。而對于本事就是制造業(yè)的企業(yè)，3D打印機則是提升現(xiàn)有業(yè)務(wù)競爭力、開拓新業(yè)務(wù)領(lǐng)域的強有力武器。

　　提升現(xiàn)有業(yè)務(wù)競爭力依靠的是［1］革新開發(fā)流程、［2］強化少量生產(chǎn)對應(yīng)能力，開拓新業(yè)務(wù)領(lǐng)域依靠的則是［3］提供制造技術(shù)經(jīng)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(fā)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(xiàn)。

　　過去，在制造業(yè)的開發(fā)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(shè)計信息轉(zhuǎn)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(yīng)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(xiàn)在也能借助3D打印機開始試制，一次能夠制作的試制品數(shù)量和改進后重新制作的次數(shù)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(shè)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(chǔ)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(fā)現(xiàn)不了的問題。

　　這里需要注意的是，既然是以實物為基礎(chǔ)，就需要在制造現(xiàn)場配備相關(guān)人員。隨著全球化的發(fā)展，利用IT技術(shù)的遠程交流愈發(fā)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(yè)地理位置集中，通過使用3D打印機，應(yīng)該可以孕育出以此為優(yōu)勢的新的開發(fā)流程。

　　容易應(yīng)對少量生產(chǎn)

　　充分利用3D打印機，能夠使應(yīng)對少量生產(chǎn)的能力出現(xiàn)飛躍。3D打印機適合單件和少量生產(chǎn)，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(yīng)產(chǎn)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(xiàn)每件產(chǎn)品形狀各異的定制。

　　圖4：使用3D打印機制造最終產(chǎn)品與傳統(tǒng)的加工方法相比，優(yōu)點在于定制容易、形狀自由度高、適合單件生產(chǎn)。材料和3D數(shù)據(jù)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(chǎn)最終產(chǎn)品時，需要根據(jù)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(xiàn)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(chǎn)。

　　批量生產(chǎn)還有問題

　　3D打印機可以實現(xiàn)單件生產(chǎn)。但從生產(chǎn)能力的角度來看，這種生產(chǎn)方式目前面臨著難以批量生產(chǎn)的課題。舉例來說，美國Stratasys現(xiàn)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(chǎn)品的年產(chǎn)量僅為十余臺。

　　但是，3D打印機完全有希望增加產(chǎn)量。因為數(shù)量的閾值會隨著時代不斷變化。眾所周知，著名EMS（電子產(chǎn)品代工服務(wù)）企業(yè)***鴻海精密工業(yè)（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(chǎn)的產(chǎn)品，使用沖壓和制造是最常見的。然而，富士康通過使用數(shù)萬臺機床，實現(xiàn)了切削加工的批量生產(chǎn)。

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

　　考慮到步驟和后處理，一般來說，在成型區(qū)中盡可能多地配置部件，以少量的次數(shù)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(xiàn)少量生產(chǎn)的3D打印機擁有顛覆企業(yè)與用戶關(guān)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(yè)將無需再持有庫存。

　　圖5：企業(yè)與用戶職能的變化

　　采用3D打印機之后，企業(yè)與用戶職能的變化。在產(chǎn)品領(lǐng)域，制造的職能可能從企業(yè)轉(zhuǎn)向用戶。特別是選配件部件、維護部件等領(lǐng)域，這種轉(zhuǎn)變大有益處。

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

　　已經(jīng)停產(chǎn)、需求量不大的產(chǎn)品的維護部件將保留3D數(shù)據(jù)。用戶只需利用數(shù)據(jù)，按照需求到附近的營業(yè)所、3D印刷服務(wù)公司進行成型即可。這樣一來，企業(yè)就能夠?qū)崿F(xiàn)庫存的最小化。

　　培訓用戶

　　對于制造業(yè)而言，在使用3D打印機的過程中積累的［3］制造技術(shù)經(jīng)驗也將成為競爭力的源泉。

　　以INCS（總部：東京）運營的Web網(wǎng)站“Inter Culture”為例，該網(wǎng)站向用戶提供的信息還包括“3D打印機逐層打印的方向?qū)τ诔善返牟煌绊憽保▓D6）。網(wǎng)站銷售3D打印機成型服務(wù)，以及3D打印機成型制品。

　　圖6：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的關(guān)鍵介紹

　　充分發(fā)揮3D打印機的作用必須具備數(shù)據(jù)制作方法、成型方向設(shè)定等技術(shù)經(jīng)驗。對于制造業(yè)，提供這些技術(shù)經(jīng)驗有助于擴大業(yè)務(wù)。

　　該公司雖然也向以制造業(yè)為主的企業(yè)提供3D打印機試制服務(wù)，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(wù)的貫徹，“直接使用用戶提供的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的制作和成型方向的指示等”（該公司）作為前提。

　　不對技術(shù)經(jīng)驗抓著不放，而是按照需要傳播給用戶。這一點的優(yōu)劣或許會決定未來業(yè)務(wù)發(fā)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(yōu)點。例如，在模具中鋪設(shè)彎彎曲曲的冷卻管只有3D打印機才能做到。通過發(fā)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(xiàn)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(xiàn)。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(shè)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(chǎn)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(jié)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(jù)面部的掃描數(shù)據(jù)制成原型，通過硅膠模將原型復制為巧克力。作為制造企業(yè)為二者提供協(xié)助的是從事樹脂包裝等試制業(yè)務(wù)的WorkCAM（總部：東京）。在選擇巧克力澆注模具的材料時，根據(jù)可以應(yīng)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(jié)果取得了成功。傳統(tǒng)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(tǒng)切削加工無法實現(xiàn)的形狀。3D打印機與傳統(tǒng)加工方法的組合可以創(chuàng)造出新的附加值。