个人3D打印机的现状、发展趋势和应用前景

众所周知，3D打印技术从出现后一直应用于工业领域。而近年来由于相关技术的发展，使得3D打印机的一些核心零部件成本大幅度降低；另外，由于个性化制造的兴起，个人3D打印机有了很大的发展。无疑，它将会成了3D打印产业里面一个重要的分支。

个人3D打印机的定义：个人3D打印机由Wohlers Report定义为5000美元以下的增材制造系统。

个人3D打印机的发展过程：

1986年至1992年间，美国Charles Hull的SLA和Scott Crump的FDM两个专利奠定了现代3D打印产业的基础。随着这些专利的授权到期，开始引发了个人3D打印机的热潮。特别是在2004年，英国巴斯大学Adrian Bowyer建立了一个RepRap的项目，这个项目的目的是以开源和自我复制的方式来建造3D打印机，它主要涉及了材料挤出工艺，还有用一种非常简单的连杆的组成方式来制造3D打印机，这一开创性的项目，使得原本动辄数几十万元的3D打印机降至现在的几千元，甚至3000元以内都能买到一款不错的桌面级3D打印机。

2005年美国的康奈尔大学也建立了一个相应的项目FAB@HOME，它和RepRap有点不一样，主要是以膏状材料作为打印材料，目前开发了两种打印机，这个项目在2012年认为已达到了它当初的目的就关闭掉了。

最重要的是在2009年Stratasys公司的一个FDM核心专利的到期，引发了个人3D打印机的市场爆发，由RepRap项目产生的个人3D打印机进入了商业化的阶段。2010年美国3D Systems收购了英国的BFB公司，BFB公司是从事开源3D打印机研发和生产的。

在过去的两年内，发生了几件对个人3D打印机发展影响比较大的事情。2012年11月，3D Systems起诉了Formlabs和Kickstarter，到目前为止不了了之； 2013年7月，Stratasys以市值4亿美元的股票交换形式和2亿美元的期权并购了Makerbot；另外，对全球个人3D打印机产业影响非常巨大的是在2013年12月，Stratasys在美国起诉了Afinia，认为Afinia的个人3D打印机侵犯了它的四个专利。

进入2014年，对3D打印机发展有一个非常利好的消息是，FDM、SLA、SLS等十几个3D打印的核心专利相继到期，到2015也会有一些专利到期。

下面是在2013年、2014年和2015年的一些核心专利到期情况：

今年到期的最重要的一项专利是选区激光粉末烧结（SLS），因为个人3D打印机采取粉末烧结工艺的到目前为止还没有见到商业化机器出来，所以在今年以后，这种基于SLS技术的个人3D打印机应该会有一个比较大的发展。

3D打印的专利纠纷案：

个人3D打印机产业化发展的道路并不是那么平坦，下面是两个比较著名的IP纠纷。Form 1的制造者是由一群麻省理工富有创业激情的工程师、设计师和问题解决达人组建的团队Formlabs，Formlabs于2012年在美国非常著名的一个众筹平台Kickstarter发起募资活动，以支持Form 1机器的制造和营销，原来设想筹集10万美元的资金就够了，结果在一个月后就筹集到了将近300万美元，在这个众筹平台上的订货量也达到了2008台。3D Systems感觉到自身利益受到了威胁，所以它起诉了Formlabs和众筹平台Kickstarter，认为它侵犯了3D Systems所持有的5597520专利中的第一项和第二十三项，但是这个官司到目前为止不了了之，其中的一个原因是这个专利是在今年的4月25日到期，所以媒体报道说3D Systems不得不停止这个起诉。从前面列出的专利到期情况来看，3D Systems进入2014年其实面临着很多专利到期的危机。

另外一个专利纠纷对基于融丝堆积成型（FDM）工艺的个人3D打印机影响是非常巨大的，世界上众多的个人3D打印机的厂商也在观望这场官司，看它最终会如何解决。在2013年的11月25日，Stratasys公司在美国起诉了Afinia，Afinia是国内太尔时代的3D打印机在美国贴牌的销售产品，认为Afinia侵犯了它四个专利US5,653,925A 、US5,866,058 、US6,004,124和US8,349,239，主要是涉及到加热平台（热床）、挤出器、轮廓接缝、实体的填充率和填充的样式。但是在2014年的1月2日，Afinia也做出了回应，一一列举出了那些所谓的侵犯的专利的情况，认为Stratasys声称的4项专利要么并未覆盖到Afinia使用的技术，要么其声称的专利权因为实际存在早于专利的发明而无效，Afinia的律师还将考虑提交反垄断索赔。这个专利的纠纷结果对世界上个人3D打印机业界是一个非常大的影响，因为上述的这些都是在个人3D打印机上经常要用到的技术。因此，。

2014年7月11日，,653,925A的专利权主张。此外，。

个人3D打印机的主流技术：

目前3D打印的主流技术有七种工艺，其中槽光固化、粘合剂喷射、材料挤出、粉末熔融、叠层成型至少这五种是可以用于个人3D打印机。槽光固化以前是用一个比较大的树脂槽装上树脂，激光器从上面往下扫描，现在基于槽光固化的个人3D打印机是反过来，从底下来扫描，最大的一个好处是可以用比较少的树脂，以前装满一槽树脂至少要好几万元，甚至是十几二十万，现在只需要装一两公斤，也就是几千元，其中比较成功的一个产品开发就是Form 1，它是把扫描振镜置放在树脂盒子的下面。另外比较容易做的是基于DLP投影，用一个蓝紫或紫外紫外光源取代投影机原来的光源并做把了原来的扫描振镜的方式，做出来的精度非常好，比较适合做小型的工件。材料挤出是一个非常成熟的工艺，另外基于粉末床烧结的还没有商业化的机器，但是很多个人3D打印机的爱好者都已经着手开发这个机器，因为今年这个专利已经到期，在不久的将来应该会有比较成熟的机器出现。基于叠层的个人3D打印机，江苏的紫金电子做得相当好。

个人3D打印机的发展趋势：

1、个人3D打印机从开源到闭源

这里以Makerbot的产品开发作为例子，Makerbot的原型就是RepRap开源项目里面的机器，2009年Makerbot开发出了第一台机器，随着时间的推移产品不断地改进，2012年9月是Makerbot的一个分水岭，在此之前Makerbot所有的机器都是开源的，但是在此之后，基于商业利益的考虑，就开始闭源。许多从事个人打印机开发的公司都是一样，可以说个人3D打印机一定会经历一个从开源到闭源的过程。

另外，在开源的时期Makerbot的更新换代很快，在闭源以后为了维持一定的商业利益，它的开发进度比较慢。但Makerbot在2014年的拉斯维加斯的消费电子展览会上推出了3款新型的机器，目前也进入到了中国市场开始销售。