纵观历史，信息和制造技术是驱动人类文明发展的两个关键驱动因素：文字的创造使得人类的沟通和协作成为可能，印刷术的发明则使得信息的记录、知识的大规模普及、文明的传承更加便捷；石器、青铜、铁器的制造水平的不断升级则直接推动人类的文明形态从茹毛饮血的原始社会进入到农业文明，并更进一步地迈入近代社会。当历史的脚步进入到当代互联社会，从印刷术进化而成的（2D）打印技术和IT结合，更是极大地便利了信息和知识的传递，电子/数字化成为现实：文档、表格、图片、书籍等信息载体可以通过数字化/电子化的方式完成输入、编辑、修改、网络传送、在线协作编辑的功能，然后再通过打印设备形成纸质文档留存或者阅览；制造技术也从工业革命时的蒸汽化、电气化进展到现在的自动化、信息化，并朝着数字化、智能化迈进。3D打印技术，顾名思义，一种在三维实体上提供类似2D打印应用场景的技术，是一种数字化制造技术，某种程度上可以视为人类信息和制造技术在当代的最新进展之一。
从宏观历史发展脉络来看，3D打印技术给人以无穷遐想。然而，当人们把视角拉回到当下，3D打印仍然存在着不多问题，谈论3D打印对人类文明发展的特殊意义显得有些虚无缥缈。从最现实和具像的角度来看，目前的3D打印设备和数控机床似乎没有多少区别，诸如通用的运动系统、控制系统技术模块，为什么称3D打印是一种数字化制造技术？3D打印在制造具有复杂几何特征的零件方面确实有着独特优势，把3D打印设备当成一种特种的加工设备就可以了，为什么要强调和数字化的结合？尽管3D打印宣称有着巨大应用潜力，为什么日常生活很少见？笔者从这些问题出发，尝试谈谈自己对3D打印的一些浅陋的理解。
3D打印：一种数字化制造方式
3D打印实现了从减材制造（车、铣、刨、磨、钻、镗、拉等）到增材制造方式的转变（参考图1），这一转变带来的变化是广泛而深刻的。仅仅把3D打印看成能够实现复杂几何特征的特种加工方式或者快速实现原型设计的视角是局限的（这些仅仅是增材制造带来的好处之一）。增材制造方式带来的自由度、数字化和快速定制化的优势是传统减材制造所不具备的：
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增材制造方式同时带来了几何、材料、功能等多个方面的自由度，即可以根据需要，不同的加工位置可以有不同的几何特征、材料、形变特性和功能组合，既可以加工结构件（如工装夹具，机械零件），也可以加工具有复杂结构的功能器件（如生物器官、功能电路、传感器件等）。制造上的极大自由度使得创成式设计、拓扑优化或者按需控形控性真正成为可能；
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增材制造方式实现了设计、制造过程和最终产品数据的同源性和统一性：即通过相关设计工具设计的数字3维模型信息、每个时刻的材料沉积和轨迹的加工过程数字信息以及制造出来的零部件的数字信息是同源且统一的。取决于具体工艺（如图2所示），3D打印工艺的原材料形态一般为丝材（加热后形成熔体使用）、粉末、墨水、液态树脂等，摆脱了传统减材制造（如数控机床）中，原材料已经以某种结构化形式组织起来（如棒料、方柱或其他简单的几何形式）导致的设计信息和加工信息（需要考虑加工基准和工序）不一致的情况。这种全流程数据上的统一性和同源性，使得整个制造系统和流程的数字化成为可能。 -
增材制造方式不需要考虑传统制造方式的工装夹具、开模、物料原始形状以及相对繁琐的加工工艺制定程序，能够实现小批量工件的快速定制，更适合个性化的消费时代。
图1. 3D打印-增材制造（a）减材制造（b）增材制造【1】
图2. 3D打印的主要工艺【2】
3D打印或者增材制造的上述本质特点，和数字化制造方式的内涵和意义是一致的：3D打印设计上的自由度以及相应的设计方法，使得数字化设计成为可能；从设计–制造–产品上数据的同源性和统一性保证了全流程数字化以及以此为基础的制造系统的高效、灵活和持续改进，其满足个性化、定制化和快速响应的优势更是数字化制造的意义所在。从这些意义上来说，3D打印是一种数字化制造方式恰如其分。
在数字化的大背景下理解3D打印
因此，数字化的大背景下看待3D打印，就不能仅仅从设备、工艺、材料等传统制造业角度去看待这一正在蓬勃发展的技术（尽管这些角度是基础和十分必要的），人们应该注意到3D打印技术作为一种数字化制造技术是如何和其他数字化技术相结合，以应对个性化、定制化的场景。事实上，业界玩家已经认识到单纯设备视角的局限性【3】：
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What environment do these machines live in? -
How can we achieve capacity optimization? -
How can we achieve 100% yield from an actual build? -
How can we achieve all of the quality metrics and standards that we uphold internally and meet the metrics put forth by regulatory bodies?
在大的图景下来看，3D打印涉及到的是从设计–制造–后处理–使用整个端到端的生产/制造流程。玩家们必须摆脱能够打印的原型设备提供者的创业者心态，从单纯设备视角逐步过渡到打印工艺–设备、应用场景–打印工艺–设备–流程优化–制造服务提供最终过度到24/7连续性、数字化的制造方式。一方面必须打通3D打印从设计输入、打印过程、后处理到最终成品使用的整个流程中的数字链条或者数字主线（digitalthread），真正实现全流程数字化制造；另一方面，也要考虑借助数据驱动、物联网等技术，来完成诸如打印过程数字孪生、打印质量监测和预测、打印缺陷报警、设备预测性维护、工艺过程优化乃至产线调度、分布式制造的功能。
图3. 3D打印过程的数字主线【4】
现实的层面来看，3D打印行业发展正在沿着这一路径稳步前行。正如三帝科技宗贵升博士在演讲‘’增材制造平台+生态发展模式中‘’所提到的，目前3D打印行业已经从设备销售为主的第一阶段逐步迈入到平台+生态的模式的第四发展阶段。在这个过程中，数字化的主线无疑是清晰可见的。
数字化是一个一转百转的进程，从生产制造方式到组织、商业模式无一不需要进行变革。数字化本身并不是目的，在于能够通过数字化更好地拥抱变化，应对挑战，最终在不断变化的时代持续盈利。从这个角度来看，3D打印技术无疑有着无穷的潜力。3D打印玩家更应该积极融入这一历史进程，让自己成功软硬兼备的数字化制造解决方案提供商，帮助客户应变灵活多变的需求并取得持续成功。
3D打印的技术困境
总结
【参考文献】
原文始发于微信公众号（Mechatronics and Automation）：3D打印-迈向未来的数字化制造方式
本文来自Mechatronics and Automation，本文观点不代表iHydrostatics静液压立场。
