技術(shù)趨勢：50萬色全彩3D打印色域超美標(biāo)印刷120%
魔猴君 行業(yè)資訊 2417天前
3D打印技術(shù)發(fā)展到今天，F(xiàn)DM、SLS、3DP、SLM、SLA等各種不同的技術(shù)仍然在快速革新，然而全彩色3D打印將成為增材制造領(lǐng)域一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。Stratasys聯(lián)合震旦近期發(fā)布的Polyjet全彩3D打印解決方案，在色域覆蓋上，已經(jīng)從36色提高到50萬色，色域空間已經(jīng)達(dá)到美國印刷標(biāo)準(zhǔn)色域（SWOP）的120%，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)屏幕上的顏色到最終打印出模型上顏色的一致性，對于彩色3D打印而言，這是一次技術(shù)上的里程碑式的升級，也代表著彩色3D打印元年的開啟。
據(jù)了解，在二維平面進(jìn)行色彩管理是基于白色紙張作為底色進(jìn)行的多色墨滴或彩色墨粉而進(jìn)行的，在三維空間進(jìn)行色彩管理，還需要結(jié)合材料的折射、反射、透光等因素，以及透明材料和非透明材料的組合，是一個(gè)極為復(fù)雜的三維色彩管理模型，還需要考慮到材料的特性，在三維空間對色彩的管理的難度非常大，這也是為何我們在過去很難得到色彩還原很好的全彩模型的原因。
隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，彩色3D打印技術(shù)作為增材制造的一個(gè)細(xì)分市場，將是未來的重要趨勢之一，目前行業(yè)中相對成熟的技術(shù)方案有如下幾類：
1、LOM技術(shù)+彩色噴墨，所用的材料是紙張，切割逐層薄片疊加，最終成型相應(yīng)的模型，特點(diǎn)是成本低，效率高，缺點(diǎn)是模型不具備功能材料特性，適合做教學(xué)模型和純外觀模型；
色域覆蓋印刷120% 彩色3D打印元年引爆 FDM技術(shù)+噴墨的彩色3D打印方案，硬件零售價(jià)5萬左右
2、FDM技術(shù)+彩色噴墨，利用FDM技術(shù)打印模型，每一層打印完，在材料表面噴射彩色墨水，特點(diǎn)是模型表面顏色鮮艷，缺點(diǎn)是打印速度慢，模型表面有層紋效果；
3、JetFusion技術(shù)，這是惠普剛剛在國內(nèi)發(fā)布的全彩3D打印解決方案，彩色墨滴噴射分辨率能達(dá)到1200dpi點(diǎn)陣，實(shí)現(xiàn)1600萬種sRGB色彩，結(jié)合半色調(diào)技術(shù)和尼龍粉末逐層固化，然后配合四色墨水噴射方案，從而實(shí)現(xiàn)全彩3D打印的效果，優(yōu)點(diǎn)是尼龍材料100%利用，尼龍材料具有結(jié)構(gòu)測試和功能驗(yàn)證特性，整體方案具有一定的性價(jià)比，缺點(diǎn)是暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)透明效果和多材料混合效果打印；
4、Polyjet技術(shù)，與FDM技術(shù)組成了Stratasys的兩大看家技術(shù)，目前最新的全彩多材料3D打印機(jī)J750升級后和J735（尺寸比J750小，價(jià)格低14%，其它配置與J750完全相同）能夠同時(shí)支持6種材料，采用噴射+光固化方案，從而實(shí)現(xiàn)模型顏色的控制、軟硬度、透明度、紋理等其它3D打印技術(shù)所不具備的表現(xiàn)力，尤其是這次發(fā)布的新內(nèi)容包括新增的鮮明色彩的材料（實(shí)現(xiàn)真實(shí)的紅色、黃色、橙色）、GrabCADPrint擴(kuò)展的顏色配置文件（屏幕顏色和最終打印出的顏色能夠?qū)崿F(xiàn)一致性）、GrabCADPrint切片功能（在同一個(gè)打印文件中打印具有全彩色VRML紋理的透明度）。
5、WJP技術(shù)，這是國內(nèi)企業(yè)賽納的主打3D打印技術(shù)方案，技術(shù)原理與Polyjet類似，然而樹脂材料、色彩管理與Stratasys完全不同，也能夠?qū)崿F(xiàn)全彩色多材料的控制，目前主要應(yīng)用醫(yī)療和教育行業(yè)。據(jù)了解，隨著應(yīng)用的深入，越來越多的功能性樹脂材料將被引入。
6、3DP技術(shù)，以3DSystem的Projet660為例，采用石膏粉末+噴射方案，過去在全彩人像打印服務(wù)中比較常見，特點(diǎn)是一種相對低成本的彩色打印方案，缺點(diǎn)是模型表面精細(xì)度和色彩表現(xiàn)一般。
可能這里有朋友會提到日本Mimaki的UV噴墨技術(shù)，這是在傳統(tǒng)UV平板印刷的基礎(chǔ)上衍生而來的3D打印技術(shù)，原理上和Polyjet、WJP類似，但是采用這種方案的企業(yè)大多來自傳統(tǒng)二維印刷設(shè)備供應(yīng)商，佳能的UV平板印刷機(jī)很早就能實(shí)現(xiàn)5CM高的全彩打印效果，理論上也屬于彩色3D打印的范疇。對于傳統(tǒng)的具有UV平板印刷設(shè)備的品牌，進(jìn)入彩色3D打印的門檻相對較低。
截止到今天，拋出硬件成本和耗材成本的因素，單純輸出結(jié)果最高來判斷，Polyjet技術(shù)是目前世界上最好的全彩色3D打印方案，能夠?qū)崿F(xiàn)體素級3D打印結(jié)果，全彩色+多材料為創(chuàng)意和客戶需求提供了各種可能性。
這次Stratasys針對Polyjet解決方案的升級是全方位的，硬件層面增加了一個(gè)低階型號J735，色彩管理配置文件讓色彩從35萬色提升到50萬色，GrabCADPrint切片功能實(shí)現(xiàn)更多模型顏色控制的方式，包括模型表面紋理的實(shí)現(xiàn)，這些在過去而言，3D打印實(shí)現(xiàn)起來是比較困難的。
那么全彩3D打印在應(yīng)用層面落地的方向有哪些呢？
一、汽車內(nèi)外飾和車燈原型制作，直接打印汽車的彩色或半透明原型，相比傳統(tǒng)工藝制作成本減少90%，制作周期從幾周幾個(gè)月縮短至幾小時(shí)、幾天。
二、快消行業(yè)產(chǎn)品外包裝打樣，彩色打印能夠?qū)︻伾筒牧线M(jìn)行更真實(shí)的控制，升級后的色彩管理能夠達(dá)到快消行業(yè)對艷麗色彩的要求。
三、
四、醫(yī)療行業(yè)的術(shù)前模型和教學(xué)模型，樹脂材料打印醫(yī)學(xué)模型早有先例，然而彩色的好處是可以區(qū)分組織、病患、血管、神經(jīng)等細(xì)節(jié)，看起來更加直觀和真實(shí)，這是單色模型所不具備的優(yōu)勢。
四、原型設(shè)計(jì)，過去做原型設(shè)計(jì)，主要用來做外觀驗(yàn)證和結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，當(dāng)加入色彩之后，表面紋理或顏色能夠讓原型設(shè)計(jì)的完成度更高，無需后期上色，原型設(shè)計(jì)的效率進(jìn)一步提高，在原型設(shè)計(jì)方面，屬于一步到位的方案。
除了以上四大應(yīng)用之外，彩色3D打印的應(yīng)用拓展才剛剛開始，比如教育行業(yè)如何利用全彩3D打印技術(shù)提升教學(xué)質(zhì)量和助推科研，文創(chuàng)行業(yè)對全彩3D打印同樣應(yīng)該有更多的需求。然而，目前全彩3D打印還有一定的門檻。
全彩3D打印的效果確實(shí)好，但是目前對于各行各業(yè)的用戶而言，要進(jìn)入普及階段仍然有較高的門檻，我們拿普通文檔打印機(jī)來對比，彩色辦公彩色文印的趨勢近10年，歐美日本等發(fā)達(dá)國家彩色打印機(jī)的市場比例接近50%，然而中國的彩色打印機(jī)的市場份額只有百分之十幾，彩色3D打印的趨勢才剛剛開始，未來仍面臨較長的時(shí)間來落地。
一、針對彩色3D打印優(yōu)化的設(shè)計(jì)，目前具備優(yōu)秀的彩色三維數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)能力的機(jī)構(gòu)和個(gè)人仍然比較少，所以在很長一段時(shí)間內(nèi)，設(shè)計(jì)能力的提升和針對全彩3D打印去做創(chuàng)新優(yōu)化的設(shè)計(jì)是助推全彩3D打印普及的根本力量。
二、高昂的硬件成本，由于用戶基數(shù)少，使用頻率低，硬件設(shè)備銷售暫時(shí)無法收回前期研發(fā)投入和企業(yè)的利潤訴求，所以在一段時(shí)間內(nèi)，全彩3D打印與金屬3D打印一樣，仍然會是增材制造行業(yè)的高階應(yīng)用，樹脂材料噴射技術(shù)的硬件設(shè)備目前在100萬-400萬不等，即便是3DP技術(shù)的硬件也在50萬以上，LOM技術(shù)的設(shè)備在30萬以上。
三、較高的后期使用成本，全彩3D打印由于技術(shù)的不同，耗材方案也有所區(qū)別，比如單色的基材（紙張、尼龍粉末、石膏粉末、單色樹脂）材料的成本會不斷降低，但是輔助材料是供應(yīng)商的利潤來源，比如彩色的墨水、彩色的樹脂、精細(xì)劑、增亮劑等，材料整體的成本仍然比較高。目前以打印服務(wù)的收費(fèi)來看，全彩3D打印的報(bào)價(jià)在6-10元/克左右，根據(jù)不同的技術(shù)方案有所差異，我們知道單色SLA技術(shù)打印樹脂的打印服務(wù)報(bào)價(jià)已經(jīng)到1元/克甚至更低。而當(dāng)使用率上升之后，噴射技術(shù)方案的打印頭也將會增加后期維護(hù)的成本。為此，Stratasys針對J750免費(fèi)更新的高級性能包括4個(gè)打印頭（E6），全新的支撐材料（SUP706B），后期維護(hù)降低35%。
四、應(yīng)用的價(jià)值傳遞困難，這一點(diǎn)其實(shí)并不針對全彩3D打印，對所有新技術(shù)都通用，也就是說利用全彩3D打印的解決方案能幫助客戶產(chǎn)生多大的效能，成本降低多少，效率提高多少，時(shí)間縮短多少，或者能夠傳遞給客戶的價(jià)值到底是什么？這是讓客戶接受全彩3D打印方案非常非常重要的點(diǎn)，目前仍然需要時(shí)間和溝通緩慢引導(dǎo)客戶進(jìn)行測試和體驗(yàn)，從而推進(jìn)應(yīng)用價(jià)值的傳遞。我們看到國外的用戶使用全彩3D打印機(jī)在應(yīng)用價(jià)值方面取得了不錯(cuò)的改善，比如顯著縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)迭代效率，減少打印環(huán)節(jié)和步驟，減少打樣成本等等，但在國內(nèi)，我們目前看到的全彩3D打印解決方案的實(shí)際應(yīng)用案例還比較少。
總結(jié)：J750和J735的polyjet技術(shù)結(jié)合新的材料方案已經(jīng)在還原色彩方面取得了巨大進(jìn)步，汽車尾燈的紅色和黃色已經(jīng)還原的非常逼真，有點(diǎn)像10年前專業(yè)大幅面打印機(jī)為了還原百事藍(lán)和芭比粉開發(fā)新的專業(yè)打印機(jī)和墨水方案，不斷在增加二維打印的色域空間，目前頂級的二維色彩墨水方案是12色，今天3D打印在色彩表現(xiàn)上的成就是已經(jīng)可以還原顯示器上的顏色，下一個(gè)進(jìn)階就是更大的色域空間、更多專色表現(xiàn)、更細(xì)膩的色彩過渡，走二維打印在色彩還原上走過的路，當(dāng)然難度要加一個(gè)維度，結(jié)合材料技術(shù)和色彩管理！
我們認(rèn)為全彩3D打印如同彩色文印一樣，會在很長很長的時(shí)間內(nèi)成為未來趨勢，從技術(shù)創(chuàng)新到成熟穩(wěn)定的商業(yè)化應(yīng)用，再后終極應(yīng)用的爆發(fā)，中間過程會非常漫長，需要包括技術(shù)供應(yīng)商、材料供應(yīng)商、科研機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)人員以及終端用戶的共同努力和開拓，為明天做好準(zhǔn)備是我們當(dāng)下唯一能做的事情。
