技術(shù)趨勢：50萬色全彩3D打印色域超美標印刷120%
魔猴君 行業(yè)資訊 2420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)達到美國印刷標準色域（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，在二維平面進行色彩管理是基于白色紙張作為底色進行的多色墨滴或彩色墨粉而進行的，在三維空間進行色彩管理，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，是一個極為復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)展和進步，彩色3D打印技術(shù)作為增材制造的一個細分市場，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，特點是成本低，效率高，缺點是模型不具備功能材料特性，適合做教學模型和純外觀模型；
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，特點是模型表面顏色鮮艷，缺點是打印速度慢，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到1200dpi點陣，實現(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，從而實現(xiàn)全彩3D打印的效果，優(yōu)點是尼龍材料100%利用，尼龍材料具有結(jié)構(gòu)測試和功能驗證特性，整體方案具有一定的性價比，缺點是暫時無法實現(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J750升級后和J735（尺寸比J750小，價格低14%，其它配置與J750完全相同）能夠同時支持6種材料，采用噴射+光固化方案，從而實現(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（實現(xiàn)真實的紅色、黃色、橙色）、GrabCADPrint擴展的顏色配置文件（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，特點是一種相對低成本的彩色打印方案，缺點是模型表面精細度和色彩表現(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平板印刷機很早就能實現(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切片功能實現(xiàn)更多模型顏色控制的方式，包括模型表面紋理的實現(xiàn)，這些在過去而言，3D打印實現(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月縮短至幾小時、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行更真實的控制，升級后的色彩管理能夠達到快消行業(yè)對艷麗色彩的要求。
三、
四、醫(yī)療行業(yè)的術(shù)前模型和教學模型，樹脂材料打印醫(yī)學模型早有先例，然而彩色的好處是可以區(qū)分組織、病患、血管、神經(jīng)等細節(jié)，看起來更加直觀和真實，這是單色模型所不具備的優(yōu)勢。
四、原型設(shè)計，過去做原型設(shè)計，主要用來做外觀驗證和結(jié)構(gòu)驗證，當加入色彩之后，表面紋理或顏色能夠讓原型設(shè)計的完成度更高，無需后期上色，原型設(shè)計的效率進一步提高，在原型設(shè)計方面，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打印的效果確實好，但是目前對于各行各業(yè)的用戶而言，要進入普及階段仍然有較高的門檻，我們拿普通文檔打印機來對比，彩色辦公彩色文印的趨勢近10年，歐美日本等發(fā)達國家彩色打印機的市場比例接近50%，然而中國的彩色打印機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間來落地。
一、針對彩色3D打印優(yōu)化的設(shè)計，目前具備優(yōu)秀的彩色三維數(shù)據(jù)設(shè)計能力的機構(gòu)和個人仍然比較少，所以在很長一段時間內(nèi)，設(shè)計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)的收費來看，全彩3D打印的報價在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)報價已經(jīng)到1元/克甚至更低。而當使用率上升之后，噴射技術(shù)方案的打印頭也將會增加后期維護的成本。為此，Stratasys針對J750免費更新的高級性能包括4個打印頭（E6），全新的支撐材料（SUP706B），后期維護降低35%。
四、應(yīng)用的價值傳遞困難，這一點其實并不針對全彩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，時間縮短多少，或者能夠傳遞給客戶的價值到底是什么？這是讓客戶接受全彩3D打印方案非常非常重要的點，目前仍然需要時間和溝通緩慢引導客戶進行測試和體驗，從而推進應(yīng)用價值的傳遞。我們看到國外的用戶使用全彩3D打印機在應(yīng)用價值方面取得了不錯的改善，比如顯著縮短生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)品設(shè)計迭代效率，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步，汽車尾燈的紅色和黃色已經(jīng)還原的非常逼真，有點像10年前專業(yè)大幅面打印機為了還原百事藍和芭比粉開發(fā)新的專業(yè)打印機和墨水方案，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，下一個進階就是更大的色域空間、更多專色表現(xiàn)、更細膩的色彩過渡，走二維打印在色彩還原上走過的路，當然難度要加一個維度，結(jié)合材料技術(shù)和色彩管理！
我們認為全彩3D打印如同彩色文印一樣，會在很長很長的時間內(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、科研機構(gòu)、設(shè)計人員以及終端用戶的共同努力和開拓，為明天做好準備是我們當下唯一能做的事情。
