而增材制造特别是FDM这项具体技术的发明, 又可以归功于一个人, 斯科特,克朗普(Scott Crump)。克朗普早年学习机械工程,在UW读的本科,UCLA读硕士。 毕业以后长期从事机械行业工作。曾经参与创立过一个压力传感器公司。大约在1989年, 和老婆一起创立了第一个也是直到今天都是行业内最大公司的stratasys。
传说中,克朗普发明3d打印或者说FDM, 是因为女儿想要一只青蛙, 于是他找了一个塑料胶枪, 手工给女儿挤出来了一个塑料青蛙。 挤青蛙的过程就是前面说的点,线,面,体, 一点点, 一层层的来。 在挤青蛙的时候克朗普或许在想, 这样能挤出青蛙,也一样能挤出别的什么东西。 然而同样的技术,我为什么不弄点更有意义的玩意呢?于是他和老婆商量,在征得同意后用1万多美元(当时是一大笔钱)买了一台工作站,加上自己年在机械行业积累的本事,潜心研究如何能直接吧电脑里的3d模型变成实物。 其实说白了就是一支可以在三维空间x,y,z轴运动的胶枪, 可以一层一层的挤出各种各样的模型。
Stratasys成立以后, 克朗普为了搞研发, 卖掉了所有的家产, 折合二十几万美元用来创业。 并且做出了第一台标价13万美元的原型机。 然而这台机器一时没有找到买主(当时大家都不明白这是什么, 找到肯花这么大钱的人一定不容易)。克朗普意识到他需要更多的钱, 于是找了一家风投, 把35%的公司股份,作价120万美元卖给了Battery Venture。Battery Venture 是技术风投界恐龙级别的公司, 现在已经是第11轮了。公司投资的历史上是一长串明星公司apple,intel,yahoo, google等等。在这个表单里可能 stratasys 还列不到前面三十位。
克朗普拿到投资以后, 又熬了2年多, 才推出了公司第一个成功产品, 第一台FDM打印机3d modeler。 这台机器终于可以在市场上销售了,公司也可以活下去。此后20年,克朗普的夫妻店一直掌控着公司的发展, 90年代,00年代风起云涌的二十年, startasys 1994年上市成功。 随后又收购了IBM的快速成型专利和一个十几个人的工程师小组, 巩固了自己在FDM这个胶枪行业的领先地位。
时钟一下子就翻到了2007年, 英国的巴斯(bath)大学,有一个教授,安得伦.暴牙(Adrian Bowyer)发起成立了Reprap开源组织, 力推3d打印或者说FDM的制造。巴斯大学的机械制造在英国和全球都享有盛誉。暴牙教授当然也是业内顶级人物。他成立reprap组织的公开信念是要最终完成机器可以自己造机器的梦想。 我个人理解是他对当时stratasys把一个塑料胶枪卖到几万美元十分不满,因为自己专业的学生经常会借助这类机器做些模型,学校就要被stratasys痛宰一刀,凭啥卖那么贵? 理应自己动手,搞一个开源项目。
(暴牙教授和第一代reprap)
在2007年, 想控制一个塑料胶枪在3维空间运动比克朗普的年代可容易多了。 然而也不是想象中那么简单, 因为材料的融合是个动态过程, 塑料的挤出要和胶枪的运动配合好, 一层一层能做出要人满意的结构, 需要足够的精度, 合适的温度, 适当的材料。 特别是要有能够处理3d模型把它变成胶枪运动轨迹的软件。 这一切在当时都还是零。
借助精力充沛,无处发泄只好搞创造的大学生和开源群体Reprap一代一代迭代自己的软硬件, 而到了2009年, 暴牙教授的得意门生, Zach Smith , 软件工程师Adam Mayer, 和一个美国创客, 同时还在西雅图公立学校当老师的Bred Pettis聚在一起, 成立了3d打印史上风云一时的Makerbot公司。三人组合里, Adam Mayer负责软件和日常管理, zach smich负责技术, Bred pettis负责市场和销售。
(makerbot三个创始人, 左起,Bred Pettis, Zach Smich 和 Adam Mayer)
在2009年, reprap社区已经用金属轴,丝杠造出了可以工作的原型。 然而开源社区的通病是用户体验不好。 Geek们愿意钻研技术, 却不肯做一些能让自己的东西被大众接受的无聊事情。 这个把产品推给大众的机会就留给了makerbot。 借助开源reprap社区提供的软件, makerbot自行设计利用复合板激光切割拼接的结构搭建的更像商业成品的机器。 并在随后推出了第一代成品cupcake cnc。
我曾经在2010年1月的ces上看到过他们三个展出这台机器。ces展出有很多厅, 除了通常被大厂名牌占据的几个主厅之外, 在一些角落,或者主厅楼上还有一些便宜位置留给五花八门的创业公司。 makerbot当时就有一张小桌, 摆着自己的cupcake在现场打印。 我当时就很感兴趣, 跟pitts聊天。他说他们的产品可以邮购, 999美元, 但是排队的人太多, 就是你现场给钱, 估计也要6月才能收到货。 当时还没有所谓众筹网站, 等半年实在有点等不起, 加上当时第一代产品的现场打印质量也实在差强人意, 于是就此作罢。
自2010年ces首秀之后, Makerbot的第二代产品Thing-O-Matic在2010年9月发布, 并在随后的ces大获成功。这个奇怪的名字是因为机器上有个自动传输带的设计0-matic 意指automatic, 可以一次批量生产一批零件。
这里要解释一下, fdm类型的3d打印最恼人的问题就是要打好第一层, 因为第一层涉计到塑料胶枪头运动轨迹和打印平台的相对三维位置, 当机器搭建精度不够时,误差都累计在这里。 同时第一层还需要合适的材料让挤出来的塑料能够牢固贴服的粘在支撑板上。 为此有各种各样的办法, 包括在thing-o-matic开始引入的加热平台。 另外一个问题是fdm的耗时很长, 一下就是好几个小时, 甚至一天, 人不可能在旁边一直盯着。 而随便做个什么,通常是要一次做几个东西, 如果想缩短这个过程,最好能自动连续打印。 这需要把打好的东西从平台上拿走。 减少那种让人设个闹钟,等半夜打完时爬起来换零件的苦恼。 thing-o-matic为此设计了一个卷动的平面,东西打印完,一卷动,就可以把打好的移除, 自动开始打下一个。
然而理想很丰满,现实很骨感。 想批量打印的理想和牢固打印第一层本身是冲突的。第一层打不好, 如果机器不停下来,那就是一场灾难。 所以thing-o-matic这个设计实际上是失败的。 没学会走路之前不要跑。 thing-o-matic因为全开源设计, 和详细的安装指导文档, 是国内开始流行3d打印概念之后, 各个3d打印创业公司仿制最多的一台, 我自己也有一个仿制板。然而国内仿制时基本都拿掉了这个自动传输带的设计。 我曾经尝试过自己添加, 试过各种卷动材料之后, 发现还是不搞为好。
一个不成熟的设计, 能放在卖出的商品上,这是开源社区产品的特点。 好在这个设计本身不是大事, 把它拿掉不用就好了。2011年9月makerbot推出了第三代机器, 可以说这一类机器里最成功的设计replicator。这个机器在国内被大量仿制, 直到今天在某宝一搜3d打印,最先跳出来的还是这一类。
replicator奠定了makerbot成功的基础, 然而也显出了不和谐的端倪。 因为thing-o-matic被大量山寨, makerbot在replicator上有所保留, 包括电路版设计和固件。 给山寨厂制造了小小的困难。 但是这样的做法跟开源精神是违背的, replicator太成功, 以至于makerbot在02年9月发布的第四代产品replicator 2只是在此基础上做的小改进, 机器框架从木板变成了金属板, 还有一些提升打印质量的小变化。 上一代产品的成功,和本身的开源带来了严重的商业问题, replicator 2的新机器虽然更专业, 但是金属框架本身不能简单diy, 已经抛弃了开源群体。
早在replicator2发布之前, 2012年夏天makerbot就决定他们的新版打印平台软件不再开源。 这导致makerbot创始人的分裂。 还记得暴牙教授的得意门生Zach Smith吗? 他是makerbot技术研发的主心骨, 同时也是一个坚信开源的人。 replicator2基于商业的闭源决策让他十分伤心。 写过文章抱怨说:makerbot从开源社区里拿了那么多东西, 挣到了钱,不回馈社区他不不能接受,为此他要抗争。 抗争的结果当然是zach smith被扫地出门。 还有大约100多人随后离开。
技术负责人离开的影响不是立竿见影。 2013年反到是makerbot的巅峰之年, replicator/replicator 组合从diy市场上探到了准专业甚至专业市场。 看上去就像是商业领域里经典的颠覆性创新理论的样本。而stratasys这种占领专业市场卖高价产品获取超额利润的恐龙公司正是被颠覆的对象。 于是心急火燎的3d打印发明人stratasys出手用4亿美元收购了makerbot。 Bred Pitts 自然是赚的盆满钵满, 而一年前被扫地出门的zach smith分文未得。
技术负责人离开后恶果在一年之后才显现, 2013年makerbot推出第五代产品, 其中最大的改进是所谓智能挤出机。 挤出机就是那个塑料胶枪, 这是fdm打印的关键部件, 也是最容易出问题的地方, 因为各种原因很容易就会发生堵头现象。而没有反馈机制的机器还会傻乎乎的按照既定程序运行下去,打印出一场又一场悲剧。makerbot的初衷是好的, 让机器可以自动监控这个过程, 一旦有问题, 就停下来, 等人处理好问题后,还可以自己恢复, 不至于前功尽弃。
然而因为技术团队的动荡,这个所谓第五代的智能挤出机各种毛病不断, 所谓监控的结果, 就是监控到堵上然后罢工。 在makerbot用户论坛里能看到有人抱怨买回机器3个月,一个东西都没成功打出来。 这样的失败产品当然遭到了大面积的退货。 不知买了makerbot的克朗普是怎么滋味。 Bred Pitts当然也得负责, 拿着自己的臭钱滚的有多远就多远。2014年 Pitts不在当ceo。 不过这种滚蛋, 比没拿到臭钱就滚的zach smith可爽的太多。 2015年, makerbot几次大裁员,应当已经不剩什么人了,现在已经听不到什么声音。
开源和商业一直是一对矛盾体, 开源3d打印公司的领军地位交给了一家欧洲公司ultimaker。 ultimaker是国内山寨厂仿的第二多的机器, 他们仍然是坚持在完全开源, 只是开源通常是在机器卖出半年到一年内, 靠时间差和不断推出的新产品来存活。 这样做法未必符合商业原理,能坚持下来并不容易, 值得敬仰。
3d打印的热潮已经散去, 媒体基本不再关注这个领域的进展。 stratasys并购了一大堆公司, 仍然处在行业的领先地位。 还有另外一个3d system公司也并购了一大堆公司,这最大的两个公司控制了大约1半市场, 基本上是双寡头局面。但这应当不是结局。
Gatner公司有个很著名的技术要经历hyper curve曲线发展的理论。 按照hyper curve,技术发展有积累期, 爆发期,消退期,和成熟期四个阶段。但是站在历史的长河中,这样的四个阶段可能有点简单, 真正的技术发展是复杂的, 大阶段里也有小阶段。总体的波折前进是常态。
(技术发展和媒体关注度曲线飞猪修改版)
3d打印也是如此, 第一代技术的发明是正剧, 二十年后的开源消费产品,所谓可能的颠覆性创新,更像是一场闹剧。而国内的各路山寨,都可以归为狗血连续剧。
说了这么多,3d打印或者说增材制造本身并无问题。3d打印的核心优势是可以一视同仁对待简单和复杂, 打印一个实心立方体和一个复杂中空结构的发动机的时间是等价的。 能够充分利用这一点的地方就是3d打印的用武之地。 只是因为过度宣传, 公众把这件事情理解成了用肉打印一头猪出来。 期望之下当然是失望。
在3d打印退潮后,我那个blog不再更新。最后提到,是不是VR的春天来了? 然而VR的春天没有来,或者说如同帝都的春天一样十分短暂,还没感受到就结束了。然而别担心,人间春常在, 我们还有人工智能呢。