作者：黄烨锋
来源：电子工程专辑
2013-2014年，3D打印在短时间内成为热门话题。不过口口相传的这股风潮很快就褪去了，很多人甚至还没来得及搞清楚，3D打印究竟能拿来做什么。从Markets And Markets的数据来看，2018年全球3D打印市场规模预计在99亿美元左右，2024年则可能达到348亿美元——当然，那时的预测应该还没有将近两年的国际形势与经济趋势考虑进去。
最近，Stratasys在国内召开了一场线上发布会，宣布推出Stratasys J55 3D打印机。这恰好是我们了解3D打印行业现状的一个机会。从3D打印市场参与者的营收情况来看，这个市场是被Stratasys和3D Systems两家企业统领的。这两家公司的共同特点包括比较大的研发投入、产品组合选择比较多、覆盖全球的市场，以及持续不断的各种兼并操作。所以Stratasys自然可以成为观察3D打印市场的一个不错窗口。
3D打印的目标市场主要是什么？
过去，企业的原型产品开发和定制生产，传统方法是采用金属挤压、加工以及手工建模技术。实际上，在产品设计、开发的整个周期内，可能在好几个不同的阶段，都需要有这种原型展示，无论是用于内部交流、开发改进，还是面向客户做产品的视觉化展示。
这种传统的、很像是“雕刻”的生产方法存在诸多局限性，包括需要专门技术人员，或者与第三方合作，耗时耗力。尤其是很耗时间，对于企业产品设计错误的冗余，及其后的重新设计，直至产品最终上市，这个周期内都会造成很大程度的时间浪费。这对设计迭代、生产改进来说是很低效的方案。
3D打印相较而言，在功能、质量、易用性、速度和成本方面都有相当明确的优势。在整个设计阶段，从概念建模，到设计展示、确认，以及功能原型、模具制造，一直到可暂时使用的部分组件，定制化的终端产品，3D打印都可以覆盖到。所以总的来说，3D打印是一种加快产品上市时间、降低产品开发成本的一种方案。
以往的3D打印主要是应用在设计阶段，从当前的市场来看，3D打印也开始在制造应用上展现出威力。说得更具体些，3D打印在汽车、航空航天、医疗、教育和消费产品等方面，在原型、模具和制造上都有越来越广阔的市场应用。比如说教育行业，很多教育机构都已经将3D打印融入到了工程与设计课程项目中；珠宝行业，3D打印可用于展示定制设计的珠宝样式；牙齿矫正应用，3D打印模型正逐步替代石模等等。
Stratasys南亚区区域应用工程主管梁柱
上面这张图展示一个是3D打印的汽车尾灯，这是Stratasys南亚区区域应用工程主管梁柱在线上发布会上带我们参观Stratasys南亚区总部时，展示的其中一件3D打印实物。像这样3D打印的汽车尾灯，可用于在产品设计阶段了解，这种设计是否真实反映了设计的意图，是否反映了品牌设计元素等。
除了汽车尾灯之外，梁柱为我们展示的，还有航空航天应用样品、工装夹具，以及产品包装领域的原型设计。而且现在3D打印，针对不同领域的原型产品，所能展示的拟真程度，大约是从前不敢想的：比如说化妆品的外包装，在3D打印展示其整个面貌时，甚至能够在包装中模拟化妆品化学成分，让企业能够全面、直观地了解产品设计最终形态，放到展柜、货架上会是什么样。
实际上，3D打印对于定制化生产而言，有所谓DDM（直接数字生产）的优势。比如说某个应用，要求小批量、短期使用的一部分，或者说这个应用可能随时会变，那么模具这个时候就不再适用了。3D打印的这种DDM特性就能够以较低的成本、较快的速度来完成这个过程。
Stratasys在财报中提到，由于入门款的3D打印机价格越来越便宜，而且可用性和支持的特性也越来越好，专业设计师和教育机构对这些入门级桌面3D打印机的采用率正在上升。并且Stratasys也相信，设计应用和制造应用两方面，3D打印都会有持续的市场增长。
Stratasys的市场布局与现状
市场上的3D打印机有多种不同的技术，典型的包括了SLA（stereolithography，立体平板印刷）、FDM（Fused Deposition Modeling，熔融沉积成型）、SLS（selective laser sintering，选择性激光烧结）、DMLS（direct metal laser sintering，直接金属激光烧结）、MJP（polyjet/multijet printing，聚合物喷射打印）、喷墨打印（inkjet printing）、EBM（electron beam melting，电子束熔炼）、LMB（laser metal deposition，激光金属沉积）、LOM（laminated object manufacturing，分层实体制造）、DLP（digital light processing，数字光处理）。
从产品层面来观察Stratasys，这家公司的产品大门类主要分成打印系统、耗材、软件、在线社区，以及服务（包括咨询、支持服务，以及根据客户提供的CAD文件直接生产原型和终端使用部分等）。主体上，这些业务应该都是围绕打印系统展开的。Stratasys的打印系统主要又分成了PolyJet打印机、FDM打印机、SLA打印机。
这次发布会上推出的Stratasys J55打印机属于PolyJet打印机。Stratasys的这条产品线特色就在于提供多种材料、色彩。2019年，Stratasys也开始提供潘通认证（Pantone validated）色彩，更早的J8系列支持超过50万种色彩和纹理组合。其中的材料特性，从硬质到柔性的，从不透光到透明的。在单次构建过程中，就能打印多种材质构成的组件。
从Stratasys 2019年年报来看，整体年度收益、运营利润和毛利率实际上都在下滑。Stratasys在财报中对此的解释是，欧洲、亚洲的整体经济形势不佳，且受到了汇率的负面影响。这实际上也符合我们的预期，因为也不止是Stratasys，其他主要竞争对手，如3D Systems的财务状况也类似。这与近两年的国际形势有很大关系。
以地理位置来划分Stratasys的营收情况，目前其最大市场仍在北美：其北美的净销售额超过总营收的六成；其亚太区的销售额占比仅为15%——很显然，这部分市场是有极大拓展空间的。
2018-2024年3D全球不同地区3D打印市场的规模增长趋势，来源：MARKETS AND MARKETS
这个数据与Markets And Markets的统计数据一致，从这家机构的预测来看，亚太地区未来几年的3D打印市场复合年增长率会达到最高。而且Stratasys与3D Systems在FDM、SLA技术方面的3D打印技术专利到期，实际上也会为更多这个领域的新兴企业提供更多的机会。
所以Stratasys在中国的市场布局就显得十分重要：先发优势，以及3D打印市场本身对于新技术、新打印材料的研发的依赖性，对Stratasys而言都是优势项。尽快全面打开中国市场自然是理所应当的。
Stratasys在提供的新闻稿中提到，“中国3D打印市场目前仍处于起步阶段，产业链还在不断完善中。”“中国市场始终是Stratasys全球市场的重中之重，加大中国市场投入是Stratasys的必然选择。”
在更具体的应用领域，Stratasys当前对于中国的教育、汽车这两个方向尤为看重。“3D打印帮助师生在最短时间内将想法和创新变为现实，极大提升老师和学生们的学习兴趣和创造潜能。”“Stratasys始终支持教育行业发展，协助多所学校开发基于不同层次3D打印技术应用的课程。”
而针对汽车领域，“Stratasys的技术发展方向将会结合国内汽车行业的特点，提供更多元化的解决方案，包括零部件，备品备件的直接生产，以及个性化的定制产品等。”前文提到的Stratasys J8系列产品线，“面对汽车行业的CMF设计师”就是其一个重要方向。
从J55看Stratasys的优势
前文也大致提到了，Stratasys的PolyJet打印机具有多彩、多材质支持的特点。这也是当前3D打印机精细化发展的一个特色。所以Stratasys J55能够实现形状、材质、色彩和表面处理工艺更为逼真的呈现。
如Stratasys所说，包括“出色的透明塑料模拟”、色彩潘通认证、“>120% SWOP标准色域”，“模型具有高清晰度和精致细节，在外观上类似于丙烯酸和玻璃”。全彩与纹理支持，体现在从哑光到光泽表明，材料可以模拟皮革、木质和石头等。
在交付设计之前，如果设计师、工程师能够更早看到、摸到产品的CMF（Color, Material, Finishing）特征，就能更早发现问题，或者说明确需求——这是在多彩、多材质支持后的3D打印能够获得的。而且另一方面，设计师与后续阶段的，比如模型制作师、供应商的沟通也会简单许多。
这款3D打印机在整体尺寸设计上，是可以直接放在办公室里的，追求的是在公司内部进行原型生产和迭代，这个环节上尽可能的不需要外部供应商的参与。所以针对办公室，产品还需要有比较安静的工作噪音（＜53db），以及可以摆放在办公室的体积（比一般的冰箱更小）；还需要确保没有异味，以及烟雾过滤（类似于空气净化系统）等。
在更为具体的工作原理上，J55采用旋转托盘设计，“允许时间更短的半圆移动3D打印路径”；这样一来打印头本身就是静态的。传统的桌面3D打印机是往复式的，这类打印机的喷头需要加速、减速、匀速反复切换，有各种机械组件，所以会有比较大的噪声；而机械动作也会让设备的稳定性并没有那么好。所以J55的这种转盘式能够提升效率。
另外，J55采用LED紫外线灯，比汞紫外灯工作温度低，可靠性和寿命会更好；而且在需要的时候才点亮，不需要时可以方便地关闭。这款打印机转盘的“有效打印面积”是1174cm2，占到全托盘的71%，可以应付打印类似400mm这样的扳手。上面这张图展示的，是一个46码尺寸的男鞋鞋底。
机器下方是材料仓，16盒模型材料、打印材料；J55支持材料热插拔，打印过程中材料不足也可以比较方便地抽去并填充
这是Stratasys J55打印机本身的一些特性，实际上在打印机以外，对于使用而言更重要的是软件。Stratasys这家公司在业界相对重要的竞争力，除了3D打印机以及专利技术，还在于特别老生常谈的“生态系统”，或者说“集成的解决方案”。其组成部分主要包括了3D打印机、材料、GrabCAD Print软件、服务、垂直应用、扩展的合作联盟等。
这其中的GrabCAD Print是建立在云、桌面与移动技术多个层面的软件，覆盖Stratasys本身的多种3D打印技术，提供工作编程、调度、监控和分析。软件原生支持读取常见的3D CAD文件格式，还有传统的STL和VRML文件，并可将其转为相应的代码，跑Stratasys的3D打印系统；调度系统能够管理一个或者多个打印机的运行，通过桌面、web或者移动设备皆可；分析信息包括材料使用、工作历史报告；工作编程软件则用于实现Stratasys技术的一些特性，包括构建轻量、结构上完整的填充材料，以及多材料和色彩管理等。
实际上，在行业内深耕这么多年，对于原型产品工作需求、工作流的掌控本身也有更好的理解：这些就是需要经验积累，和长时间听取用户需求的。所以还有类似GrabCAD Shop这种简化工作流的设定；Workbench则是基于云的项目数据管理解决方案，设计团队在设计任务、管理CAD文件方面可以协同工作等。
在J55这款产品中，梁柱表示“跟KeyShot联合，渲染模型可以直接导出，成为3MF文件，在GrabCAD Print中用于打印。能够节省设计师在3D打印方面需要的数据转换，文件处理的时间。”另外加上在线社区，以及后续支持服务，还包括覆盖全球范围的布局——财报中提到是有大约160个渠道合作伙伴，以及已经拥有的众多行业的用户基础，这些实际上积累起了Stratasys本身的市场优势。
参考来源：
[1] 3D Printing Market by Offering (Printer, Material, Software, Service), Process (Binder Jetting, Direct Energy Deposition, Material Extrusion, Material Jetting, Powder Bed Fusion), Application, Vertical, Technology, and Geography - Global Forecast to 2024 - Markets AND Markets
https://www.marketsandmarkets.co ... ng-market-1276.html
[2] Annual Reports - Stratasys
https://investors.stratasys.com/sec-filings/annual-reports
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