作者：李刚
3D打印技术发展到今天，FDM、SLS、3DP、SLM、SLA等各种不同的技术仍然在快速革新，然而全彩色3D打印将成为增材制造领域一个重要的发展趋势。Stratasys联合震旦近期发布的Polyjet全彩3D打印解决方案，在色域覆盖上，已经从36色提高到50万色，色域空间已经达到美国印刷标准色域（SWOP）的120%，已经能够实现屏幕上的颜色到最终打印出模型上颜色的一致性，对于彩色3D打印而言，这是一次技术上的里程碑式的升级，也代表着彩色3D打印元年的开启。
Stratasys Polyjet J750体素级3D打印展示
据了解，在二维平面进行色彩管理是基于白色纸张作为底色进行的多色墨滴或彩色墨粉而进行的，在三维空间进行色彩管理，还需要结合材料的折射、反射、透光等因素，以及透明材料和非透明材料的组合，是一个极为复杂的三维色彩管理模型，还需要考虑到材料的特性，在三维空间对色彩的管理的难度非常大，这也是为何我们在过去很难得到色彩还原很好的全彩模型的原因。
随着技术的发展和进步，彩色3D打印技术作为增材制造的一个细分市场，将是未来的重要趋势之一，目前行业中相对成熟的技术方案有如下几类：
LOM技术的代表机型：McorArke，零售价超过30万
LOM技术实现彩色3D打印效果
1、LOM技术+彩色喷墨，所用的材料是纸张，切割逐层薄片叠加，最终成型相应的模型，特点是成本低，效率高，缺点是模型不具备功能材料特性，适合做教学模型和纯外观模型；
FDM技术+喷墨的彩色3D打印方案，硬件零售价5万左右
FDM技术+喷墨的彩色3D打印样品展示
2、FDM技术+彩色喷墨，利用FDM技术打印模型，每一层打印完，在材料表面喷射彩色墨水，特点是模型表面颜色鲜艳，缺点是打印速度慢，模型表面有层纹效果；
惠普Jet Fusion 580 Color 3D Printer彩色3D打印机，设备零售价在130万左右
惠普Jet Fusion 580 Color 3D Printer彩色3D打印机打印样品
3、Jet Fusion技术，这是惠普刚刚在国内发布的全彩3D打印解决方案，彩色墨滴喷射分辨率能达到1200dpi点阵，实现1600万种sRGB色彩，结合半色调技术和尼龙粉末逐层固化，然后配合四色墨水喷射方案，从而实现全彩3D打印的效果，优点是尼龙材料100%利用，尼龙材料具有结构测试和功能验证特性，整体方案具有一定的性价比，缺点是暂时无法实现透明效果和多材料混合效果打印；
Stratasys Polyjet技术实现体素级3D打印
4、Polyjet技术，与FDM技术组成了Stratasys的两大看家技术，目前最新的全彩多材料3D打印机J750升级后和J735（尺寸比J750小，价格低14%，其它配置与J750完全相同）能够同时支持6种材料，采用喷射+光固化方案，从而实现模型颜色的控制、软硬度、透明度、纹理等其它3D打印技术所不具备的表现力，尤其是这次发布的新内容包括新增的鲜明色彩的材料（实现真实的红色、黄色、橙色）、GrabCAD Print扩展的颜色配置文件（屏幕颜色和最终打印出的颜色能够实现一致性）、GrabCAD Print切片功能（在同一个打印文件中打印具有全彩色VRML纹理的透明度）。
Stratasys Polyjet全彩3D打印样品
Stratasys Polyjet全彩3D打印样品
Stratasys Polyjet全彩3D打印样品
5、WJP技术，这是国内企业赛纳的主打3D打印技术方案，技术原理与Polyjet类似，然而树脂材料、色彩管理与Stratasys完全不同，也能够实现全彩色多材料的控制，目前主要应用医疗和教育行业。据了解，随着应用的深入，越来越多的功能性树脂材料将被引入。
珠海赛纳WJP彩色3D打印技术方案，硬件售价超过200万
珠海赛纳WJP彩色3D打印技术样品展示
6、3DP技术，以3D System的Projet 660为例，采用石膏粉末+喷射方案，过去在全彩人像打印服务中比较常见，特点是一种相对低成本的彩色打印方案，缺点是模型表面精细度和色彩表现一般。
3D System Projet 660全彩3D打印人像解决方案，材料为石膏粉末
3D System Projet 660全彩3D打印解决方案
3D System Projet 660全彩3D打印人像解决方案
Mimaki 日本UV印刷3D打印彩色解决方案展示，能实现1000万色
（图源来自Mimaki官网）
佳能极致创意打印具有立体效果的照片
佳能极致创意打印具有立体效果的装饰图
可能这里有朋友会提到日本Mimaki的UV喷墨技术，这是在传统UV平板印刷的基础上衍生而来的3D打印技术，原理上和Polyjet、WJP类似，但是采用这种方案的企业大多来自传统二维印刷设备供应商，佳能的UV平板印刷机很早就能实现5CM高的全彩打印效果，理论上也属于彩色3D打印的范畴。对于传统的具有UV平板印刷设备的品牌，进入彩色3D打印的门槛相对较低。
截止到今天，抛出硬件成本和耗材成本的因素，单纯输出结果最高来判断，Polyjet技术是目前世界上最好的全彩色3D打印方案，能够实现体素级3D打印结果，全彩色+多材料为创意和客户需求提供了各种可能性。
Polyjet技术实现色彩从35万色到50万色的提升，色域空间覆盖增大，颜色还原更逼真
这次Stratasys针对Polyjet解决方案的升级是全方位的，硬件层面增加了一个低阶型号J735，色彩管理配置文件让色彩从35万色提升到50万色，GrabCAD Print切片功能实现更多模型颜色控制的方式，包括模型表面纹理的实现，这些在过去而言，3D打印实现起来是比较困难的。
Stratasys J750彩色3D打印机（左一）
那么全彩3D打印在应用层面落地的方向有哪些呢？
一、汽车内外饰和车灯原型制作，直接打印汽车的彩色或半透明原型，相比传统工艺制作成本减少90%，制作周期从几周几个月缩短至几小时、几天。
Polyjet技术：3D打印汽车内饰模型表面的纹理
Polyjet技术：3D打印汽车大灯样件
Polyjet技术：3D打印汽车档把样件
Polyjet技术：3D打印汽车尾灯样件，红色、黄色、橙色得到真实还原
二、快消行业产品外包装打样，彩色打印能够对颜色和材料进行更真实的控制，升级后的色彩管理能够达到快消行业对艳丽色彩的要求。
Polyjet技术：化妆品包装
Polyjet技术：化妆品模型
三、医疗行业的术前模型和教学模型，树脂材料打印医学模型早有先例，然而彩色的好处是可以区分组织、病患、血管、神经等细节，看起来更加直观和真实，这是单色模型所不具备的优势。
Polyjet技术：医疗模型
Polyjet技术：人体内脏模型
Polyjet技术：人手的血管、骨骼模型
四、原型设计，过去做原型设计，主要用来做外观验证和结构验证，当加入色彩之后，表面纹理或颜色能够让原型设计的完成度更高，无需后期上色，原型设计的效率进一步提高，在原型设计方面，属于一步到位的方案。
Polyjet技术：3D打印耳机样件
Polyjet技术：运动鞋模型
Polyjet技术：3D打印自行车头盔
Polyjet技术：食品模型
3DP技术：文物复制模型
除了以上四大应用之外，彩色3D打印的应用拓展才刚刚开始，比如教育行业如何利用全彩3D打印技术提升教学质量和助推科研，文创行业对全彩3D打印同样应该有更多的需求。然而，目前全彩3D打印还有一定的门槛。
全彩3D打印的效果确实好，但是目前对于各行各业的用户而言，要进入普及阶段仍然有较高的门槛，我们拿普通文档打印机来对比，彩色办公彩色文印的趋势近10年，欧美日本等发达国家彩色打印机的市场比例接近50%，然而中国的彩色打印机的市场份额只有百分之十几，彩色3D打印的趋势才刚刚开始，未来仍面临较长的时间来落地。
彩色3D打印在应用落地过程中面临以下门槛：
优秀的三维设计是推动彩色3D打印的根本力量
一、针对彩色3D打印优化的设计，目前具备优秀的彩色三维数据设计能力的机构和个人仍然比较少，所以在很长一段时间内，设计能力的提升和针对全彩3D打印去做创新优化的设计是助推全彩3D打印普及的根本力量。
高昂的硬件设备采购成本
二、高昂的硬件成本，由于用户基数少，使用频率低，硬件设备销售暂时无法收回前期研发投入和企业的利润诉求，所以在一段时间内，全彩3D打印与金属3D打印一样，仍然会是增材制造行业的高阶应用，树脂材料喷射技术的硬件设备目前在100万-400万不等，即便是3DP技术的硬件也在50万以上，LOM技术的设备在30万以上。
功能性树脂材料
功能性树脂材料使用成本较高，对应高阶应用
三、较高的后期使用成本，全彩3D打印由于技术的不同，耗材方案也有所区别，比如单色的基材（纸张、尼龙粉末、石膏粉末、单色树脂）材料的成本会不断降低，但是辅助材料是供应商的利润来源，比如彩色的墨水、彩色的树脂、精细剂、增亮剂等，材料整体的成本仍然比较高。目前以打印服务的收费来看，全彩3D打印的报价在6-10元/克左右，根据不同的技术方案有所差异，我们知道单色SLA技术打印树脂的打印服务报价已经到1元/克甚至更低。而当使用率上升之后，喷射技术方案的打印头也将会增加后期维护的成本。为此，Stratasys针对J750免费更新的高级性能包括4个打印头（E6），全新的支撑材料（SUP706B），后期维护降低35%。
四、应用的价值传递困难，这一点其实并不针对全彩3D打印，对所有新技术都通用，也就是说利用全彩3D打印的解决方案能帮助客户产生多大的效能，成本降低多少，效率提高多少，时间缩短多少，或者能够传递给客户的价值到底是什么？这是让客户接受全彩3D打印方案非常非常重要的点，目前仍然需要时间和沟通缓慢引导客户进行测试和体验，从而推进应用价值的传递。我们看到国外的用户使用全彩3D打印机在应用价值方面取得了不错的改善，比如显著缩短生产时间，提高产品设计迭代效率，减少打印环节和步骤，减少打样成本等等，但在国内，我们目前看到的全彩3D打印解决方案的实际应用案例还比较少。
总结： J750和J735的polyjet技术结合新的材料方案已经在还原色彩方面取得了巨大进步，汽车尾灯的红色和黄色已经还原的非常逼真，有点像10年前专业大幅面打印机为了还原百事蓝和芭比粉开发新的专业打印机和墨水方案，不断在增加二维打印的色域空间，目前顶级的二维色彩墨水方案是12色，今天3D打印在色彩表现上的成就是已经可以还原显示器上的颜色，下一个进阶就是更大的色域空间、更多专色表现、更细腻的色彩过渡，走二维打印在色彩还原上走过的路，当然难度要加一个维度，结合材料技术和色彩管理！
我们认为全彩3D打印如同彩色文印一样，会在很长很长的时间内成为未来趋势，从技术创新到成熟稳定的商业化应用，再后终极应用的爆发，中间过程会非常漫长，需要包括技术供应商、材料供应商、科研机构、设计人员以及终端用户的共同努力和开拓，为明天做好准备是我们当下唯一能做的事情。
来源：中关村在线
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