SocioCyber

在3D打印领域，3D systems和Stratasys是两个不得不提的名字。这两家成立于上世纪80年代末的分别根据自己的3D打印技术专利推出了商业化的3D打印机，并通过不断的创新和吸收新技术引领3D打印的发展。20多年来，两家公司在3D打印市场上持续上演着双雄争霸，直至今天也未分胜负。

发明家间的技术PK

3D Systems的创始人查尔斯·胡尔（Charles W. Hull）称得上是一位发明家，现年73岁的他已经获得了60多项专利，其中最著名的当属为3D打印技术的普及铺平道路的“立体平板印刷（stereolithography）”。

1982年，在紫外线设备生产商UVP担任副总裁的胡尔试图将光学技术应用于快速成型领域。他尝试将一种可被紫外光固化的液态感光树脂放在一个大容器中，并在容器里放置一个可上下移动的升降平台，用来承载打印出的物体。升降平台最初与液体上表面平行，容器上方的紫外激光器射出的紫外线照射到液体表面指定的位置，将液体固话，即完成一层物体的打印；随后升降平台向下移动一层的高度——通常是0.05-0.15毫米——随后紫外激光器用同样的方法打印另一层物体；随着升降平台的不断下移，一层一层的物体被打印出来，并最终“累积”三维物体；从液体中将物体取出，并去除掉将其固定在升降平台上的支持物，便可以得到和在电脑中的CAD模型相同的真实物体。

胡尔的方法对于当时的快速成型工艺是一个巨大的突破。一方面，它加快了制造物品的速度，体积较小、构造相对简单的物品能在几小时内就可打印完成；另一方面，打印物品的体积也得到了提升，大多数立体平板印刷打印机能打出50×50×60厘米的部件，有的机器则能打印出高达2米的物体。

1986年3月，胡尔为这项技术申请了专利，随后他从UVP离开，成立了3D Systems公司，致力于将该技术商业化。为了让机器能够更加精确地将CAD模型打印成实物，胡尔又研发了著名的STL文件格式。它将CAD模型进行三角化处理，用许多散乱无序的三角形的小平面来表示三维物体。如今它已是CAD/CAM系统接口文件格式的工业标准之一，甚至被许多竞争对手采用。

不过，立体平板印刷也有自己的缺陷。由于采用紫外光对物体进行固化，这项技术所使用的材料有一定的局限，而且无论是机器本身还是光固化材料都价格高昂，这使的基于该技术的快速成型与3D打印技术的普及速度受到了限制。与此同时，另一项同类技术的出现也对3D Systems公司造成了一定的冲击。

上世纪80年代中期，身为传感器制造商IDEA的联合创始人和销售副总裁的斯科特·克伦普（Scott Crump）在测试产品的设计时遇到了难题——通过CAD设计的模型很难被转化成真实的样品。为解决这一问题，克伦普决定采用添加制造技术设计一个能快速生产模型的机器。与立体平板印刷使用的光固化材料不同，克伦普的方案采用的材料是热塑性塑料。高温熔化后的液态塑料被放在容器中，并由一个或多个喷头根据CAD模型的数据喷射到承载物体的桌面上的指定位置，材料在喷出后迅速固化；喷头或桌面在电脑的操控下水平移动完成一层物体的打印，反复这一过程可堆积成完整的物品，冷却定型后物品便可投入使用。

这一技术被克伦普命名为熔融沉积建模（Fused Deposition Modeling），并于1989年获得专利；同年，他和妻子丽莎·克伦普（Lisa Crump）一同创立了3D打印机的制造商Stratasys公司，并担任CEO至今。

尽管“3D打印（Three Dimensional Printing）”这个说法直到1993年才由麻省理工学院提出并申请专利，但3D Systems和Stratasys两家公司在商业化的3D打印领域的竞争在此之前便已展开。

1988年，3D Systems推出了第一台基于立体平板印刷技术的3D打印机，胡尔将其称之为“立体平板印刷机”。尽管体积庞大且售价高昂，但它的问世标志着3D打印商业化的起步。1990年，3D Systems从UVP公司购买了立体平板印刷的专利，3D打印机的量产随之加快，公司也于当年在纳斯达克挂牌交易（2011年转至纽交所）。不过，由于年龄原因，胡尔在获得了一系列荣誉后于1997年辞去董事会主席职务，并于1999年宣布从公司退休。

总部位于明尼苏达伊甸园市的Stratasys也在克伦普的带领下快速成长，于1992年推出了第一台基于熔融沉积建模的3D打印机——“3D造型者（3D Modeler）”。公司于1994年在纳斯达克上市，并先后推出了多款面向不同行业和市场的3D打印机。

上世纪90年代，随着技术的演进，3D打印稳步发展，机器和材料的价格日渐降低，支持的材料种类也从最初的塑料或感光树脂扩大到金属、陶瓷、玻璃等。与此同时，CAD建模和数控技术的发展也使得打印出来的物品更加复杂和精致。

从产品争锋到专利对决

不过，3D打印直到近几年才迎来真正的爆发。最直接的体现是相关企业的股价。上市后，3D Systems的股价长期在2美元至13美元之间波动；2009年初，受金融危机影响，其股价一度跌至2.2美元附近；不过进入2010年后，其股价强劲上扬，今年8月14日报收39.77美元，较三年前上涨超过17倍。同样，Stratasys也在今年8月初创下了69.63美元的历史最高价，较2009年初上涨超过7倍。

股价飙升的背后是收入的激增。Stratasys于8月初公布的今年二季度财报显示，该季度公司总收入为4940万美元，同比增长31%；其中3D打印机等产品销售收入为4140万美元，同比增长34%。3D Systems今年二季度的收入则同比增长52%达到8360万美元，3D打印机销售收入更是猛增112%。

在公布二季度财报的同时，Stratasys公司还宣布了一个引人关注的新闻——终止与惠普公司的合作。2010年1月，在传统打印机市场的拥有霸主地位惠普与Stratasys签约，正式进军3D打印机领域，这曾被视为3D打印历史上的一个标志性的事件，很多业内人士期待这一举措能推动3D打印的平民化。不过，尽管双方联合推出的代号为Designjet 3D的打印机从当年4月起便向法国、德国等欧洲发达国家销售，但在包括Stratasys自己在内的众多厂商的廉价3D打印机的冲击下，它的定价（约17000美元）与其“平民化”的定位显得不太相符，因而市场反应平淡，没能达到双方的预期，惠普对于3D打印市场的兴趣也随之减弱。“这个决定纯粹是因为双方的合作没能在经济上对我们产生帮助，” Stratasys首席财务官罗伯特·加拉格尔（Robert Gallagher）在解释这次“分手”时表示。

惠普的受挫只是3D打印普及过程中的一个小插曲。在与惠普合作的同时，Stratasys也没有停止扩张自己产品线的脚步。此前，他们已成功打造了uPrint、Dimension和Fortus三个品牌，其中桌面级的uPrint最低售价不到16000美元，可打印中等大小的模型，支持彩色打印，适合工程师和教育工作者；落地式的Dimension问世于2002年，是目前全球市场最畅销的3D打印机系列之一，售价约32000美元，使用坚固的ABS塑料作为打印材料，不仅能打印普通模型，还能打印车内组件，甚至是航空和医疗领域的零部件；Fortus被称为“3D生产系统”，覆盖从桌面打印机到大型3D打印机在内的多款设备，打印物品的范围从概念模型到高要求的终端配件和制造工具，适用的领域则包括航空、汽车、商业、教育、医疗和军事等，当然售价也相对较高。今年5月，Stratasys又推出了桌面级的廉价专业3D打印机Mojo系列，售价低至9900美元，使用象牙色的ABS塑料作为打印材料，能快速打印出较小的模具。此外，今年四月，Stratasys还与以色列公司Objet完成了合并，后者同样是3D打印机领域的巨头之一，2011年全年的总收入达到1.21亿美元，被收购之前不久还曾向SEC提交上市申请，估值5亿美元。

相对于Stratasys，3D Systems在面向个人和小工作室的入门级3D打印机市场的步伐要快得多。这家公司在2009年就推出了第一款10000美元以内的3D打印机；2010年10月和2011年8月，它又连续收购了两家廉价3D打印机生产商——Bits From Bytes（BFB）和BotMill。两家公司的产品都以学生和个人爱好着为目标用户，目前BFB的RapMan系列最低售价为1390美元，BotMill旗下的Axis更是仅需999美元。今年初，3D Systems又推出了面向家庭用户的迷你3D 打印机，能打印14×14×14的物体，以彩色的可循环塑料作为打印材料，支持WiFi连接电脑，重量仅为4.3千克，售价1299美元起；尽管对于很多家庭来说售价仍偏高，但这款被称为“世界上第一台家庭3D打印机”的产品和它打印出来的玩具、存钱罐等小物件一起在今年的CES大会上亮相时仍令在场的许多专家和媒体眼前一亮，还获得了“技术制造杰出成就奖”。

除了个人和家庭市场，专业和生产级别的3D打印也是3D Systems主攻方向。由于材料的局限性，尽管立体平板印刷始终是公司的核心技术，3D Systems也推出了十余款基于该技术的生产级3D打印机，但“选择性激光烧结（SLS）”和“金属激光烧结（DMLS）”等技术也同样被广泛应用到其产品中。不同技术的使用使得3D Systems的产品不仅支持多种材料，也能覆盖汽车、航空航天、消费电子、娱乐、医疗等多个领域。

事实上，无论从产品层面还是从公司财务层面，3D Systems近十年的发展都不亚于胡尔在任期间，这要归功于公司现任CEO亚伯拉罕·雷切特勒（Abraham Reichental）。在包装材料与设备制造商Sealed Air工作了22年后，雷切特勒于2003年9月“空降”至3D Systems。上任后，他一方面继续基于原有的技术进行产品创新，另一方面也积极展开收购行动，在扩大公司规模的同时也吸收了大量的相关专利。除了BFB和BotMill，3D Systems还先后于2009年和2011年收购了廉价3D打印机制造商桌面工厂（Desktop Factory）和3D设计公司Freedom Of Creation（FOC）。今年年初，公司又以1.37亿美元的总价收购了专业3D打印机制造商Z Corporation和扫描设备生产商Vidar。目前，3D Systems已拥有超过360项美国专利，在Stratasys获得了Objet的110项专利后仍保持着对对手的领先。

3D打印设计商的崛起

尽管技术的创新是3D打印走向普及的主要因素，但活跃在这一市场的并非只有技术驱动的设备生产商。被3D Systems收购的FOC就是一个很好的例子，这家成立于2000的公司一直专注于与3D打印技术相关的设计工作，能结合不同的技术与材料设计出精美的物品，范围覆盖从大型艺术品到灯罩、iPhone保护套等家居、个人用品等各个领域。高艺术价值和极强的时尚感的作品不仅受到了一些知名博物馆的赏识、成为永久性的展品，也使FOC成功地走上了商业化的道路，能以较高的附加值出售打印出的物品。“FOC的声誉、商业化的设计组合以及天才的团队将为我们在使3D打印普及和加快消费级廉价3D打印解决方案的部署方面的探索提供极大的帮助，”在解释这次收购时，雷切特勒给予了这家荷兰公司极高的评价。

随着3D打印技术逐渐成熟以及CAD建模的门槛日益降低，全球数以万计从事设计工作的企业、团队和个人进入了3D打印设计领域，在渴望自己的作品得到认可的同时，也希望能通过出售设计获取收入。然而，缺乏资金和知名度的中小团队和个人难以像FOC那样广泛接触到有需求的用户；Shapeways的出现则很好地解决了这一问题。

Shapeways是一家成立于2007年成立的创业公司。与前文所提到的企业不同，它既不生产3D打印设备，也不提供3D打印相关的设计，而是为需要定制个性化物品的用户和3D打印设计公司提供一个交易平台，并通过自己位于荷兰的工厂按照用户选定的设计方案打印成实物出售给用户。在《经济学人》的一篇文章中，这种模式被称为社群式制造（Social Manufacturing）。

打开Shapeways的网站，可以看到满屏幕的3D打印物品图片：戒指、茶杯、炊具、手机保护套，陶瓷的、金属的、塑料的、玻璃的应有尽有，价格从几美元到数千美元不等。当然，用户也可以选择自己设计物品：只需上传CAD模型并支付打印和运输费用，Shapeways就会将你想要的物品打印出来并送到你手中。

根据官方公布的数据，截至今年6月，Shapeways网站上共有超过6000家提供设计服务的商家（包含个人），顾客超过15万，打印的物品则超过了一百万件。从2010年到今年6月，Shapeways先后完成了三次融资，总金额超过1700万美元。在获得资金支持后，公司于去年宣布将在纽约建造“未来工厂”——一个美国本土的3D打印工厂。

“把概念变为实物的时间从几年缩短到了几天，例如我们在iPhone 4上市后的第四天就为一名顾客打印出了专用保护套——他曾求助于苹果却没有得到任何帮助，”在接受《福布斯》的采访时，Shapeways的CEO马丁·韦玛斯豪森（Martin Weijmarshausen）谈到了他眼中3D打印给制造业带来的变化：“把概念推向市场的风险也几乎不存在了，因为你的投资仅仅是产品的设计本身。”对于3D打印的未来，韦玛斯豪森乐观地表示：“我们将看到一些过去我们未曾想像过的产品出现，我迫切地想知道接下来的五年会发生什么。”

从医用模型到入耳式听诊器，从隐蔽式的牙齿矫正器到应用在风洞测试中的汽车模型，从科幻电影到教育教学……3D打印正在用前所未有的速度渗透进我们的生活。