上个世纪70年代是计算机产业的一个分水岭。在此之前，计算机的基础理论和技术已接近成熟，大、中、小型计算机在发达国家的科研、教育、工业、商业等领域均获得一定应用。但是微型计算机（或个人计算机——PC）却还是个很稀罕的玩意，只在极客中流传。1975年，苹果的联合创始人斯蒂夫·沃兹尼亚克组装出第一台APPLE I；同年，比尔·盖茨从哈佛辍学，创建微软公司。这两个公司的天才创始人，拥有一个同样的愿望：把PC摆放到每个人的书桌上。20年后，他们的愿望成真，PC成为最常用的个人办公和娱乐设备。
今天，3D打印异军突起，在工业生产、高端制造和个性化定制等方面获得成功应用。有人把它誉为计算机之后的又一次伟大革命。那么，3D打印能否进入家庭消费市场？3D打印机离每一个人的书桌还有多远？结合笔者近期对于3D设备和厂家所作的调研，本文将从一个IT从业者的角度分析3D打印机的发展前景。

1. 主流3D打印机的局限性

3D打印技术又称“快速成型”技术，“快速成型”方法的区别造就了3D打印机的根本区别。目前最典型的成型技术有三种：熔丝沉积快速成型（FDM）、光固化成型（SLA）和选择性激光烧结（SLS）技术。相应的，FDM打印机、SLA打印机和SLS打印机占据了3D打印机的大部分市场，是三类最主要的3D打印设备。

FDM打印机的结构简单、使用方便、成本低。但作为实用产品，它具有以下缺陷：1）打印精度低，普遍打印效果粗糙、产品边缘存在“台阶”效应；2）打印速度过低，动辄耗时数小时乃至数十小时。3）可用材料有限，只能打印塑料物品。
SLA则是最早发展起来的快速成型技术，技术相对成熟、应用最广泛，它具有精度高、速度快的特点。它应用于家庭最大的局限性就是价格，以相同打印空间计算，SLA打印机的价格是三类中最高的——一台最便宜的SL打印机也需要数十万元。同时SLA使用的某些原料有一定的毒性，家庭使用不便。
SLS可以使用的粉末材料类型非常多，意味着它可以打印很多种材料的物品，物品的精度好、强度高，可用性高。但如果作为“家用电器”使用，同样存在诸多问题，例如：1）价格高，虽然低于相同打印空间下的SLA打印机，但价格仍高达数十万元；2）烧结出的物品表面粗糙，需要进行后处理；3）维护难度高，维护成本高昂。

另外一种主要用于3D照相的打印机，采用三维粉末粘接（3DP）技术，成型速度快，能够输出彩色物品，但是其精细度不足，强度低，需要后处理工序，成本高，桌面级应用几乎没有。

因此，当前任何一种类型的3D打印机都难以直接在家庭环境中应用。

2. 数据源与原材料的问题
要“指挥”3D打印机打出所需的物品，首先要有3D数据/模型。产生3D模型的途径有两种：人工设计和仪器扫描。前者对于家庭用户来说艰深、繁琐，很难普及。后者的问题则在于：3D扫描仪——主要包括手持激光扫描仪和结构光扫描仪两类——价格也十分昂贵，前者的价格普遍在10万元以上；后者经常需要多台同扫，整套价格亦高达数万元乃至数十万元。

在打印耗材方面，目前3D打印的原材料普遍不便宜，以最常见的FDM打印机所使用的ABS塑料为例，打印一个（丑陋）杯子的原料成本就需几十元；采用SLA打印的话，所使用光敏树脂的价钱更可轻轻松松达到上百元。与此同时，可用于3D打印的原材料的种类很有限，普遍为塑料（FDM）、光敏树脂（SLA）和金属粉末（SLS）。家庭中经常使用的陶瓷、木头、玉石、布匹等无法作为原材料，因此也无法设计、打印相关的物品。

3. 3D打印机的痛点在哪里？

拥有一台可摆在书桌上、随时打印个性化物品的3D打印机，一定会是许多人的梦想。但如前所述，当前的3D打印技术并不成熟，3D打印机的家庭应用受到诸多制约，包括：速度慢、数据少、功能差、原料贵、价格高等。面对这些问题，似乎家用3D打印机的前景一片黑暗。
但早期的PC同样存在类似问题，经过近10年的努力，这些问题全部得以解决。PC产业解决这些问题依靠的是两个法宝：1）通用CPU+模块化外围，核心通用、外设灵活；2）不断提高芯片的集成度，从而提高速度、缩小体积、降低成本。可以说这两个法宝击中了PC行业的绝对痛点，使得PC在80年代之后成功实现核弹式爆发。

要想在3D打印机领域复制PC行业的成功，我们同样必须考虑思考两个问题：1）3D打印机的“通用CPU”是什么？2）如何降低其成本？前者使得3D打印机能够保持兼容性、打印出尽量多种类型的物品，后者则降低3D打印机的价格门槛，使其有望进入千家万户。

观察两种速度快、精度高、前景光明的快速成型技术SLA和SLS，可以发现它们都需要使用激光器（SLA未必一定要使用激光器，但普遍认为激光固化是发展趋势），而手持激光扫描仪的核心部件同样是激光器（有些结构光扫描器使用的也是激光）。激光器成本高昂，是三者价格居高不下的一个共同原因。MIT媒体实验室在Kickstarter.com上的3D打印机众筹项目Form1，成功的把SLA打印机的价格拉低至2500美元左右，关键就在于低成本的激光器和光学系统，据说其使用的激光器源自蓝光播放器。
另一方面，早期应用于军事、航天领域的半导体激光器业已进入民用市场，它体积小、重量轻、寿命长、结构简单，并可通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，或许具有“通用CPU”的潜力。美国Coherent公司所推出的半导体激光器已经应用于SLA。在这个点上，3D打印机就与发展成熟的半导体工业联系起来了。

此外，无论是激光还是自然光（例如紫外线、非激光结构光），以及配合这些光线发生器工作的镜头，均落入光学领域，这一领域在军事、航天等领域已经具有充分的积累，相关技术接近成熟，其向民用领域进行转移是完全有可能的。也就是说，光学或将成为家用3D打印机大发展的痛点。如果高端光学技术能够平稳引入3D打印领域，在此过程中实现设备的小型化和成本的低廉化，构成3D打印机的通用、廉价“CPU”，相关外围设备价格的下降亦指日可待。

打印耗材之于3D打印机，如同软件之于PC，当有了性能强劲的CPU之后，3D打印机对原材料的处理能力必将大大提升。同时更多的材料公司将像PC行业的软件公司一样纷纷加入进来，不断开发出新颖、实用、低价的原材料，闭合家庭3D打印机普及的最后一环。

4. 未来之路
再次回顾上个世纪70年代的PC业，其发展轨迹清晰明了。不断成熟的半导体产业和集成电路技术带动了计算、存储等器件的小型化和廉价化。一小撮电子爱好者拼命将这些器件拼装起来，试图出售给普罗大众，至于这些电子玩具能做些什么，绝大部分的人并没有清晰的认识。他们只是认为这个东西很酷炫、很重要，应该摆在每个人的书桌上。
而当前3D打印领域也弥漫着同样的氛围，没有人能够断言3D打印机终究只是一个“玩意”，还是能够发挥革命性的力量。只是就爱好者的狂热和业界的期待来说，3D打印似乎已经到了技术变革的前夜。这次的变革，很可能源自光学技术和半导体技术自高端向低端的转移。目前暂时缺乏的，是核心部件的成熟，以及一个类似IBM的巨人把相关的工作标准化、产业化。

因此，有一定的理由相：这一天或早或晚，终将到来——即使未来的3D打印机具有截然不同的工作机理和形态。而我们每个人的书桌上可能终究会摆上一台，至于它都能用来做什么，答案已经超出了我们的想象。正如70年代的人绝对想象不到我们现在正在用PC做什么一样。

以上纯属个人臆断，不当之处尚请3D打印玩家和方家指正。

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