文體用品產業3D技術動向與發展趨勢（下）

文/恩里克·杰姆斯（美） 譯/王莊林

文體用品產業3D技術動向與發展趨勢（下）

文/恩里克·杰姆斯（美） 譯/王莊林

（接上期）

二、3D文體用品新技術

3D打印技術（Three-Dimensional Printing Technology）即快速成型技術的一種。它是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、生物質料與再生細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產品，被譽為第三次工業革命最具標志性的生產工具。

3D打印無疑是一種頗具創造性的新技術，尤其是對于設計領域具有重大意義，能夠幫助設計師們更簡單方便地制造設計文體用品原型。除了Stratasys公司于1980年中后期發明最早的3D-FDM打印技術外，目前世界各國在3D打印文娛、辦公、體育與健身健美用品等方面開發并利用的新技術主要有：

SLS技術：主要采用金屬和聚合物為打印材料，具體包括尼龍、添加玻璃纖維的尼龍、剛性玻璃纖維、聚醚銅、聚苯乙烯、尼龍及鋁粉等混合材料、尼龍及碳纖維的混合材料、人造橡膠等，3DSystems公司的3D-sPro系列打印生產的運動鞋墊、跑鞋、頭盔與球桿等就是采取SLS技術。

DMLS技術：這種直接金屬激光燒結技術應用較多，已經實現可打印幾乎任何金屬合金的文體用品，具有代表性的設備是德國EOS公司的直接金屬激光燒結3D-EOS系列打印機型。

EBM技術：這是一種金屬部件的積層制造技術，可打印鈦合金等材料。它是通過高真空環境下的電子束將融化的金屬粉末層層疊加，與直接金屬激光燒結技術低于熔點的生產環境有所不同，EBM技術生產出的文體用品及其物件密度高、無空隙且非常堅固。

PP技術：使用該技術的3D打印機每次噴一層石膏或者樹脂粉末，并通過橫截面進行粘合。打印機不斷重復該過程，直到打印完每一層。此技術允許打印文體用品的全色彩原型和彈性部件，將蠟狀物、熱固性樹脂和塑料加入粉末一起打印，還可以增加強度。

SLA技術：這是用于生產文體用品固件部件的光固化成型技術。該技術由于具有成型過程自動化程度高、制作原型表面質量好、尺寸精度高以及能夠實現比較精細的成型尺寸等特點，因而成為廣泛應用的快速成型工藝方法。

DLP技術：這種激光成型技術和SLA立體平版印刷技術比較相似，也是采用光敏樹脂作為打印材料，不同的是SLA的光線是聚成一點在面上移動，而DLP在打印平臺的頂部放置一臺高分辨率的數字光處理器投影儀，將光打在一個面上來固化液態光聚合物，逐層的進行光固化，因此打印速度比同類型的SLA立體平版印刷技術速度更快。3DP技術：3DP是一種基于微噴射原理的三維噴繪打印技術，按一定路徑逐層打印堆積成形，它和平面打印非常相似。3DP打印機主要部件為儲粉缸和成形室工作臺。打印時首先在成形室工作臺上均勻地鋪上一層粉末材料，接著打印頭按照零件截面形狀，將粘結材料有選擇性地打印到已鋪好的粉末層上，使零件截面有實體區域內的粉末材料粘接在一起，形成截面輪廓，一層打印完后工作臺下移一定高度，然后重復上述過程。如此循環逐層打印直至工件完成，再經后處理，得到成形制件。

3D-CAD技術：不久前，Nervous System設計工作室研發出一款全新的3D打印軟件，稱之為“Kinematics”，能夠通過先進的打印形式來解決材質所帶來的局限性。它是一款3D-CAD制圖軟件，設計師可通過運動學模型分析技術，自如控制每個三角形的尺寸、位置和數量，也能夠改變其細微形態，最終制作出可折疊、柔軟的運動服裝，解決塑料材質無法折疊、彎曲的情況。

3D-Nylon12技術：這是Shapeways公司研制的新型3D-Nylon12打印機，該機利用聚酯、酰胺類原材料，就能打印出結實時尚的比基尼泳衣，也可以打印出網格狀充滿時尚感的運動休閑服與體操服。

3D-Biosynthesis技術：最近倫敦設計師沙姆斯·亞丁和研究人員基于可再生合成原細胞微粒優勢的原理，利用3D 打印技術開發了一款能在一夜之間自我修復的生物跑鞋“阿米巴”，這種跑鞋能夠對壓力、運動、光或熱產生反應，猶如穿著者的皮膚一樣貼身、舒適，且具有自動修復損傷功能。未來人們將對生物服裝的社會化3D制造和個性化生產具有廣泛需求，可以說3D-Biosynthesis技術的市場前景相當樂觀，潛力非常可觀。

三、3D文體用品市場發展動向

作為一種全新的制造方式，3D打印文體用品的確正在給傳統的文體用品制造業帶來深遠的影響。相對于傳統文體用品的機械加工，3D打印具有以下突出特點：一是原材料利用率提高，生產廢料減少；二是產品形狀結構的設計自由度大幅提高，并且形狀復雜度的提高幾乎不會帶來額外制造成本；三是制造流程簡化，制造的數字化程度和設備的通用性水平進一步上升。

基于這些技術的特點和延伸性優勢，僅從產品供給方分析，文體用品制造業近年來致力于產業轉型升級，普遍應用3D人體測量技術、大規模定制技術、敏捷制造技術、一次成型技術等高新技術，形成了相當的應用基礎。另一方面，3D打印機制造業在許多國家越來越得到重視，歐美有些國家服裝業建立了3D打印技術產業聯盟，也形成了一定的技術基礎。

根據咨詢公司Wohlers Associates 的統計，2014年全球3D 打印產品（設備+服務）的銷售總額已經達到45.4億美元，近十年時間里以年均27%的速度高速增長。該機構預計未來5～10年全球快速成型市場將繼續以年均20%的速度膨脹，預計至2024年，3D打印市場規模可達150～200億美元的總量。

根據2014版的Wohlers顯示，2014年在全球3D打印市場45.4億美元的規模中，相比2013年增長了40.5%。其大體分布概況是歐洲約13億美元，美國約16億美元，東亞地區所占份額約10億美元。另一方面，面向產業的3D打印機設置臺數按國家進行統計的話，美國占37.8%，位居第一，其次是日本占9.5%，第三位德國占10.4%。

近年來，3D打印市場高速發展，民用3D打印市場也已開啟。根據市場研究機構Frost&Sullivan發布的《2014年全球3D打印市場研究報告》顯示，從2011年到2014年，全球個人3D打印設備銷售量呈現爆發式增長，銷售量從14987臺猛增至43227臺，增幅接近335%，大幅超過商用3D打印設備增速。Frost&Sullivan指出，各國民用級的3D打印市場可以分為兩個部分，一是為全國眾多傳統數碼圖文店的轉型升級提供契機，使其為消費者提供專業、個性化的3D打印服務。二是面向電腦城、大賣場等傳統渠道，消費者可以自行購買3D打印設備使用，同時大量SOHO族也可以借此進行個體創業。

世界3D打印技術產業聯盟秘書長、中國3D打印技術產業聯盟執行理事長羅軍表示：現在中國還是3D打印技術的起步階段、產業化的初級階段。未來3－5年將是中國3D打印技術最為關鍵的發展機遇期，如果推進順利，2015年同比翻一番沒有大問題，2015年全國3D打印產業整體的銷售規模有望達到80至100億，到2016年產值將達百億元人民幣。

另據Frost&Sullivan發布的調研信息，全世界3D打印市場到2030年的市場將達到700～1500億美元；而不斷的技術進步會讓價格不斷的下降，到2020年，一般3D打印機的價格將會比家用電腦更便宜，那樣對于它在文體與情趣用品行業的發展將有巨大的潛力。

四、3D文體用品前景展望

展望未來，3D打印是以數字化、網絡化為基礎，以個性化、短流程為特征，實現直接制造、桌邊制造和批量定制的新的制造方式。其未來巨大潛力的生長點表現在：與生物工程的結合，與藝術創造的結合，與消費者直接結合。從市場角度分析，由于人民生活水平的提高，娛樂與休閑、運動與健身健美等消費水平將不斷提升；另從社會時尚觀念分析，人們的時尚觀念將會不斷增強，社會對文體用品的社會化制造和個性化生產具有越來越廣泛的需求，可以說市場前景樂觀，潛力可觀。再從產品供給方分析，文體用品制造業將會不斷致力于產業轉型升級，高新技術普遍應用，形成了相當的應用基礎。

所以，3D打印技術將會對文體用品產業、消費者、市場形態和全球經濟產生以下重大影響：

影響1——文體用品的本土化。正如微型博客Twitter創始人比茲·斯通預言：“耐克可能在十年內成為一個純粹的軟件公司。”如果發生這樣的情況，就是因為3D打印技術——未來你所知道的一切都將向你靠近。比如說，有一天你在家發現健身機上的一個零部件壞了。你只需要在網上查一下，在家或者你附近的3D打印商店打印出來，然后替換這部分。又如你女兒長大后跑鞋穿不下，利用3D打印可對舊材料進行回收并打印出一雙大一號的新的跑鞋。于是在世界各地，數字3D打印工廠將成為全球生產網絡中的一個連接。被稱為直接數字制造的本土化零部件和成品更適合使用，將會比現在的全球采購更有效。

影響2——定制產品材料。定制文體用品材料將會成為可能，甚至打印文體用品將發生質量革命。比如有遠見的企業家丹尼爾博士斯托里亞洛夫喜歡嘗試利用石墨烯進行3D打印健身球，那是一種非常靈活的，透明的，但是強度是鋼的100倍的物質。在未來，運動醫師將會使用3D打印為殘疾運動員創建競賽關節置換手術；甚至選用的材料就會設計成本身包含超強運動時具有止痛藥和抗生素的特效。

影響3——減少文體用品制造業對環境的破壞。傳統的制造往往是浪費和骯臟的。在許多方面，3D打印將會減輕浪費和碳排放。比如3D打印只使用構成產品的材料，極大地提高了原材料的利用率，大大減少材料浪費。在傳統經濟中，很多產品往往要經過長途跋涉才能到達消費者手中。隨著3D打印的普及，生產和裝配可以在當地進行。只有原材料才是唯一需要運輸的東西，而且它們占用更少的運輸空間。另外，3D打印技術能夠幫助公司實現按需生產，所以可以大幅度減少產品庫存以及過時產品造成的浪費。還有3D打印的產品部件損壞后使用者可以再打印一個新的，所以整個產品沒有被扔掉，也減輕了產品生產商技術服務的壓力。

影響4——革命性大規模生產。大規模生產文體用品是3D打印面臨的最大挑戰，但隨著采用大型3D打印機的使用和技術的迅速發展，以更快的速度制造零件的打印機將徹底打亂傳統文體用品制造業。比如體育用品：運動部門使用的機械設備與體育用品往往是高度定制化，而且容易更換的。現在已經能夠3D打印高爾夫球桿、跑鞋、戶外運動裝備等，所以3D技術進入這個行業只是時間問題。又如電子文體用品，小尺寸、形狀規則和材料簡單使得這個行業天然的適合3D打印制造。再就是玩具，家用3D打印機和開源設計將改變孩子們創造和游戲的方式。

影響5——應用納米理念。哈佛大學的珍妮佛·劉易斯和她的團隊利用3D技術打印創造的鋰離子電池。它像一個普通的電池，但這種電池和一粒沙子一樣大！像這樣的電池可用于小型體育設備，小型文具設備，甚至小型機器人。3D納米打印可以快速打印出原型的微型和納米結構。應用3D打印概念，納米技術將使文體用品加工速度更快和更有效，因此在經濟上比大多數未來主義者的想像可行。

影響6——目標導向設計。3D技術允許打印文體用品應用無限復雜的幾何材料，因此可能成為人類有利的限制因素。目前，計算機輔助設計（CAD）工具用于手動創建文檔和分析設計。開始你要有明確的目標因素，如力度、重量、耐久性和計算機生成上百的設計的可能，根據目標導向為不同的目標推薦最好的設計。結合3D可以打印的無限形狀和材料以及強大的計算機設計，沒有人可以想象，在將來最好的文體用品設計師不是想出最好的設計的人，而是懂計算機的人。

影響7——改變生活方式。人類喜歡讓自己的生活變得更加便利。如今個人用與家用3D打印機正變得更小，更便宜。人們可以用它打印定制健身健美用品、體育運動用品、玩具、辦公與學習文具等。當這些文體用品出現問題時，他們也可以打印出零部件更換，而不是下訂單等它們運過來。

影響8——創建新的藝術媒介。“創客（Maker）”運動正在變得越來越小眾，現在我們可以把它叫做手工運動。3D打印機正在被用來創造創建一種新的現代文體用品藝術形式，比如藝術家奧斯科維奇在2014索契冬奧會開幕的“俄羅斯之夢”向觀眾展示的3D頭飾。

影響9——3D教育創新。最近MakerBot在眾籌網站上公布了“MakerBot學院”計劃，希望能募集足夠數量的最先進3D打印機送給美國的每所學校。MakerBot公司首席執行官 Bre Pettis在公告中說：“各項3D打印技術可以整體改變年輕人看待美國的教育創新和制造新模式。”該公司最近還宣布了一項計劃，把高校變成MakerBot創新中心。首個MakerBot創新中心位于啟動紐約州立大學，該中心配備30臺3D打印機以及一些3D掃描儀，以幫助教師與學生們參與打印所需要的體育教學用品、辦公用品、娛樂與學習用品等，并幫助學校對工程師、建筑師與藝術家的教學與培訓。

影響10——第四維4D打印。現在你可以看到3D打印帶給我們的改變，但是你準備好4D打印了嗎？有了這個技術，在未來環境發生變化的個時候，你可以打印一個4D文體用品，它可以自動的裝配或改變形狀，比如溫度或者濕度。這是第四維，這項技術是有麻省理工的SkylarTibbits首創的，并且已經為文體用品行業和消費者帶來廣泛的影響。如果你要開始跑步，鞋子會變成運動鞋；或者當你走在草地上散步健身時，又會成為夾板鞋；或者當下雨的時候你仍在運動中，腳上的運動鞋更會變成防水的雨鞋。雖然這項技術是全新的，但是它以后會成為3D打印的一個全新的維度。（譯自美國雜志《事實與生活》2015年8月刊，本文作者為：美國體育用品制造商協會首席顧問、哥倫比亞大學產業經濟學教授。全文完）

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