3D打印的发展是3D CAD市场发展的写照

    从事 3D CAD 行业 20 多年以来，我非常幸运率先目睹了 3D CAD 技术从初期开发到获得主流采用的整个发展历程。 ——SolidWorks Corporation 创办人与总监Z Corporation Jon Hirschtick

    从早期在 Computervision 工作到创办和发展 SolidWorks Corporation，我一直致力于探寻一些推动当今 3D CAD 广泛采用并使之成为产品开发主要平台的因素。3D CAD 在 20 世纪 70 年代只是粗略尝试，但是它必须发展并成熟起来，以制作商业可行的设计应用软件，而如今这些应用软件已成为标准。简言之，3D CAD 必须更加经济和易用，功能更强大，以替代 2D 设计系统而成为产品开发的首选途径。20 世纪 80 年代，3D CAD 系统价格昂贵且非直观，而后来发展成为“适合所有人”的系统。

    这个突破性的发展出现在20 世纪 90 年代，而如今 3D CAD 系统已成为典范，在所有已安装的 CAD 系统中占有很大百分比，这个比例还在不断增长。快速原型技术的发展过程非常相似，并以如今的 3D 打印系统而达到顶峰。Geoffrey A. Moore 在其畅销书《跨越鸿沟》中描述了技术采用生命周期的各个阶段，这些阶段适用于所有新技术，包括 3D 打印和 3D CAD。

    几乎所有新技术都会有一些早期采用者和主流用户，前者倾心新技术，他们乐于接受一定程度的风险和混乱，以此来换取解决方案带来的潜在利益，而后者更加谨慎，他们在解决方案所带来的利益与变化所造成的影响之间进行权衡比较。早期采用者会应对不成熟系统所固有的困难，而主流用户则会等到一定的成熟度，以确保经证实的切实成果。在一项技术成为主流之前，必须跨越一系列“鸿沟”，从新兴、喜欢拥有、偶尔使用，到经证实、“适合所有人”、大量使用以及提供确切好处。

    就快速原型而言，最初的粗略尝试出现在 20 世纪 80 年代，随后 90 年代出现了第一批可以使用的系统。早期的快速原型系统，如立体平面打印术，不仅速度慢、价格高（机器和用于制造原型的材料均是如此），而且还需要专门的操作环境和技术。近年来随着 3D 打印技术的出现，开发人员克服了许多阻碍，使快速原型技术得到广泛采用，正如 CAD 供应商解决 3D 设计应用软件获得主流应用的障碍一样。3D CAD 现已跨越鸿沟，成为业界典范。3D 打印正经历着相同的过程，如今正面临着推动该技术得到大规模采用的关键问题。由于 3D 打印是快速原型的标准，因此该技术通过缩短上市时间、改进信息传递、降低生产成本、提高产品质量以及增强创新，使制造部门从 3D CAD 获得更大利益。

    速度、经济和易用

    如今的 3D 打印机在促进其广泛应用的关键因素方面已迈了一大步。这些因素即是速度、经济和易用性。正如 3D CAD 必须足够快速、经济和易用才能使制造商将这项技术作为标准采用一样，3D 打印当前正关注性能、成本和可用性问题，这些问题阻碍了第一批可使用的快速原型系统得到广泛采用：

    速度 – 早期系统生成原型的时间通常需要几天到整夜，这虽然在油泥模型/加工时代表现出巨大进步，但其速度仍然太慢，因而无法在整个产品开发过程中获得最大好处。为使物理原型能在前期概念设计、设计验证和生产过程中为工程师们带来利益，必须大大缩短生成原型的时间。工程师们需要能够在短时间内快速掌握大量设计概念，这样才能缩短设计周期、降低制造成本、提高产品质量并激发创新。通过使用 3D 打印，绩效得到显著提高。过去需要几天，而现在只要几个小时就能完成，将来的 3D 打印速度会越来越快。

    经济 – 早期的快速原型系统与许多成本超过 10 万美元的系统相比成本较低。但生产原型所用的材料具有一定毒性且价格昂贵，阻碍其得到广泛采用和日常使用。

    随着 3D 打印机的出现，系统成本大幅降低，如今制造商只要投资 3 万美元左右就能拥有稳定的 3D 打印系统。3D 打印机所用材料的价格也有所降低，使工程师们生产原型的成本降到每件 10 到 20 美元。

    易用 – 早期的快速原型系统需要高度培训和专业技术，以及专门的操作环境，而 3D 打印机可在任何办公场所使用，只需经过有限培训，并构成 3D CAD 系统的自然输出设备。正如 2D 打印机支持文字处理和 2D 绘图应用程序 2D 文档的物理输出一样，3D 打印机支持 3D CAD 模型的物理输出。制造商不再需要专门的实验室环境或机械车间来生产原型，也不再需要授权的原型专家。拥有 3D 打印机，工程师们能更轻松地操作设备。只要会使用 3D CAD 系统，那么操作 3D 打印机可谓是轻车熟路。

    提高模型质量

    另一个推动 3D 打印技术得到广泛采用的重要发展是物理模型的质量。早期的快速原型系统只具备有限的输出选件。由于老式机器无法制作小而复杂的细节，因此公司只能制作低分辨率模型。零件质量通常较差，比较脆且容易损坏，而且只提供单色。最后一次看到黑白 3D CAD 模型是什么时候？

    由于引入 Z Corporation 的高分辨率彩色 3D 打印功能，模型质量达到了新水平。与计算机屏幕上的 CAD 图像相比，3D 原型能够触摸、感觉以及握住，因而能向工程师们传递更多信息。向混合模型添加颜色后，工程师们即可通过目视和触摸来研究并充分理解设计原型。就机械设计而言，颜色对于区分复杂组件的各个零件是非常必要的，这也是 CAD 系统采用色彩的原因。3D 打印的色彩控制如此精确，工程师可以为模型中的每个 3D 像素设置 24 位彩色。

    徽标放置、彩色编码分析结果的覆盖图以及注解只是高分辨率彩色 3D 打印一些其它优点，该打印技术所提供的好处已远远超出工程范围，为现场测试、客户反馈和销售/营销投入提供了有利时机。由于性能提高、成本降低、使用更简单，因此使原型模型的质量得到了改进，从而使 3D 打印所带来的好处更为突出、确切和实际。

    推动 CAD 从 2D 向 3D 迁移

    有趣的是，尽管 3D 打印获得广泛采用所遵循的发展轨迹与 3D CAD 相同，但由于3D 打印技术简单、快速且经济，为 2D CAD 向 3D 设计应用软件转化提供了强有力的基础，因此现在这两种技术相辅相成。

    尽管 3D CAD 的优点已得到证实，但许多制造商仍继续使用 2D 系统。原因之一是许多部门（包括使用 3D CAD 的部门）的最终设计输出都是 2D 工程图。一些制造商选择不采用 3D，因为最终交付的仍然是 2D 工程图。尽管效率不高，但由于能达到相同目的，因此他们选择保持现状，而不是设法从 2D 迁移到 3D。

    如今，3D 打印技术已经成熟，更加易用且经济实惠，并得到证明，许多上述部门认识到 3D 打印可推动转向 3D CAD。当 2D CAD 用户意识到 3D CAD 系统不仅能提供以前的工程图，而且当与 3D 打印结合使用时，还能让他们用手握住零件，便会促使他们最终转向 3D。令他们感兴趣的可能是 3D CAD 增强的可视性和更大的用途，但 3D CAD 与 3D 打印的结合无疑开辟了一个具有无限可能的新世界。对许多部门而言，3D 打印表现出转到 3D CAD 的最大优点。

    3D 打印就技术而言是不可思议的，不仅令人回想起星际旅行系列的“复制机”。除“太棒了”以外，3D 打印已足够成熟，已从最初引起人们好奇的技术跨越到即将进入黄金时代的经过证明的受益应用软件。3D 打印沿袭与 3D CAD 相同的道路，现在已经“适合所有人”。几年后，3D ?印将得到广泛应用，它向工程师们提供获得洞察力的工具，使他们能够发挥想象，还可以向制造商提供解决方案，使其在不断增长的全球市场中提升竞争地位。