“踱”出實(shí)驗(yàn)室： 3D打印從原型設(shè)計(jì)走向批量生產(chǎn)

做大“蛋糕”而非惡性競(jìng)爭(zhēng),，正成為3D打印行業(yè)從業(yè)者的共識(shí),。

近期,，21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者從多家3D打印設(shè)備制造商處獲悉,，他們?cè)谶B續(xù)打印,、制造鏈系統(tǒng)整合、質(zhì)量控制等領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)際應(yīng)用,，這意味著3D打印離“批量生產(chǎn)”越來越近了,。

3D打印又稱“增材制造”，曾經(jīng)被視為下一場(chǎng)工業(yè)革命的“引領(lǐng)者”,，被寄予厚望。在2015年5月公布的《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃中,，指定的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一就是“增材制造”,。

雖然3D打印技術(shù)已有30年歷史，但應(yīng)用時(shí)間并不長(zhǎng),，市場(chǎng)規(guī)模也不大,。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IDC2017年初發(fā)布的報(bào)告指出，2016年,，全球在3D打印機(jī)上的支出以及相關(guān)軟件,、材料和服務(wù)為132億美元，而3D打印行業(yè)權(quán)威研究機(jī)構(gòu)Wohlers統(tǒng)計(jì)出的市場(chǎng)規(guī)模則為60.63億美元,。無論統(tǒng)計(jì)口徑如何,，3D打印在龐大的制造業(yè)領(lǐng)域仍是個(gè)“小行業(yè)”。

“3D打印是一種新興的制造工藝,，而現(xiàn)在所有的制造產(chǎn)業(yè)都已經(jīng)有一套很成熟的流程或系統(tǒng),。作為一項(xiàng)新技術(shù)，從現(xiàn)狀來講它并不是100%必要的�,！钡聡�(guó)3D打印公司EOS大中華區(qū)總經(jīng)理吳承軒對(duì)記者表示,，對(duì)3D打印行業(yè)而言，當(dāng)前的重點(diǎn)是如何讓客戶從非必要的技術(shù)中“發(fā)現(xiàn)必要性”,。

成果“落地”

3D打印最開始應(yīng)用在原型設(shè)計(jì)領(lǐng)域,，即簡(jiǎn)化傳統(tǒng)工藝的“設(shè)計(jì)-模具-生產(chǎn)”流程，直接從設(shè)計(jì)到生產(chǎn),，能夠快速呈現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思,，并及時(shí)反饋結(jié)果，大大縮短研發(fā)周期,。

隨著技術(shù)發(fā)展,，3D打印開始制造最終部件或產(chǎn)品，應(yīng)用于航空航天,、醫(yī)療,、汽車等領(lǐng)域。從產(chǎn)品種類來看,，可大致分為兩類,，一類是最終產(chǎn)品的零部件，另一類是生產(chǎn)領(lǐng)域的輔助性工具,。

吳承軒認(rèn)為,，生產(chǎn)階段才是3D打印的最大市場(chǎng)所在。他總結(jié)道,，相對(duì)于傳統(tǒng)制造方式,，3D打印能突破傳統(tǒng)制造方式的技術(shù)限制，生產(chǎn)幾何形狀高度復(fù)雜,、重量超輕且性能穩(wěn)定的零件,。

據(jù)了解，負(fù)責(zé)開發(fā)與生產(chǎn)歐洲運(yùn)載火箭 Ariane 6的Ariane Group就在火箭中使用了3D打印技術(shù),，將原本由248個(gè)單獨(dú)零部件組成的產(chǎn)品功能集成化為僅一個(gè)組件,，實(shí)現(xiàn)成本降低50%并大幅縮短了生產(chǎn)時(shí)間。

在近期舉行的“第二屆SAMA國(guó)際論壇暨2017世界3D打印年會(huì)”上,，美國(guó)通用電氣(GE)中央研究院制造技術(shù)全球技術(shù)總監(jiān)魏斌介紹,，GE應(yīng)用3D打印技術(shù)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴，將原來的20個(gè)零部件簡(jiǎn)化為1個(gè),，燃油噴嘴減重25%,。

另一個(gè)更接地氣的例子是東方航空(600115.SH)的3D打印飛機(jī)零部件產(chǎn)品。據(jù)報(bào)道,，東航曾在接收首批波音777-300ER型客機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn),，客艙的部分指示牌標(biāo)識(shí)發(fā)生錯(cuò)誤,，于是成立了專門的項(xiàng)目組“打印”了新的指示牌。傳統(tǒng)的訂貨周期長(zhǎng)達(dá)180天,，而3D打印僅需一晚就能拿到成品,，“采購(gòu)成本也從1000美元降至30元人民幣�,！�

在生產(chǎn)制造領(lǐng)域,，3D打印也在智能工廠中“錦上添花”。據(jù)美國(guó)3D打印公司Stratasys大中華區(qū)總經(jīng)理翟蓮子介紹,，事實(shí)上3D打印在生產(chǎn)的組裝,、檢查、包裝等各個(gè)環(huán)節(jié)早有應(yīng)用落地,，尤其是一些行業(yè)領(lǐng)先的企業(yè),。

以寶馬為例，其在制造過程中嘗試了利用3D打印來制作手持組裝工具,，主要是超過400個(gè)的夾具和治具,。據(jù)悉，3D打印完成的稀疏填充削減了72%的重量,，并將交付時(shí)間和成本分別節(jié)約了92%,、58%。

模具則是相對(duì)較大的一塊市場(chǎng),。吳承軒此前在接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者專訪時(shí)表示,，模具分很多類型和成型工藝，一般的注塑模具屬于傳統(tǒng)行業(yè),，對(duì)成本非常敏感,，3D打印有望在這一行業(yè)中發(fā)揮特點(diǎn)，為生產(chǎn)注塑模具創(chuàng)造價(jià)值,。

他舉了一個(gè)例子,，模具內(nèi)部一般會(huì)有冷卻的水路，如果需要制造的產(chǎn)品外形比較復(fù)雜,，或者是曲面結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)模具的水路無法完整均勻分布,，冷卻時(shí)間便會(huì)增加,；運(yùn)用3D打印技術(shù)則可以制作復(fù)雜的水路，縮短冷卻時(shí)間,，并提升對(duì)模具溫度的控制,，所以在相同的單位時(shí)間中可以生產(chǎn)更多的注塑件，并提升注塑產(chǎn)品的質(zhì)量,。

模具領(lǐng)域也已經(jīng)有所應(yīng)用,。據(jù)悉,，GF集團(tuán)旗下的GF加工方案通過與EOS合作，已將這一技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)集成到模具制造過程中,，可以加工前所未有的設(shè)計(jì)鑲件,。

探索量產(chǎn)化

盡管3D打印已經(jīng)在部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)和產(chǎn)品上得以應(yīng)用，但在從業(yè)者眼中,，這顯然只是個(gè)開始,。各大3D打印制造商們都在積極推進(jìn)該技術(shù)進(jìn)入量產(chǎn)領(lǐng)域。

事實(shí)上,，量產(chǎn)已經(jīng)有了很好的先例,，就是前述的GE發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴。據(jù)悉,，這樣的噴嘴,，GE每年要生產(chǎn)3.5萬-4萬個(gè)。

與傳統(tǒng)制造相比,，3D打印產(chǎn)品難以量產(chǎn)主要有成本,、效率和質(zhì)量三個(gè)方面。目前階段而言,，成本的大幅下降并不現(xiàn)實(shí),。

3D打印的成本主要有三塊：設(shè)備、材料和人力,。其中,，高端設(shè)備和原材料的價(jià)格都相對(duì)穩(wěn)定，都暫未出現(xiàn)折價(jià)跡象,，而在人力成本節(jié)省方面部分公司開始有一些自動(dòng)化探索,，但總體而言影響不大。

為了提高打印效率,，Stratasys開發(fā)出了一套連續(xù)打印系統(tǒng),，可以基于云平臺(tái)控制實(shí)現(xiàn)小批量打印，在不同時(shí)間地點(diǎn),，既可以打印一種零件,，也可以打印多種零件。

此外,，Stratasys目前還與部分合作伙伴共同開發(fā)了一種“無限打印”的概念型產(chǎn)品：“3D Demonstrator”,，目前還未投入市場(chǎng)，僅在波音公司等合作伙伴內(nèi)部使用,，用于制作較大尺寸的工具和零件,。

“傳統(tǒng)3D打印是z軸打印，即從下往上一層一層增加,，這款產(chǎn)品是在x軸打印,，即橫向打印,，像傳輸機(jī)一樣，可以一邊打印一邊輸出,，如此一來,，尺寸的局限能夠被克服�,！钡陨徸咏榻B,。

不僅如此，這款設(shè)備還采取了精準(zhǔn)的CNC運(yùn)動(dòng)控制,，且打印系統(tǒng)速度提升了9倍,，而材料方面也能實(shí)現(xiàn)高度的復(fù)合性。此外,，它還克服了傳統(tǒng)3D的“各向異性”特征,，與傳統(tǒng)的鑄造材料一樣，是各向同性,，即在各個(gè)方向都有相同的性能,，因此有望被用于工廠生產(chǎn)。

不過,，這款機(jī)器和其他的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品一樣,，成本很高，并非具備短期內(nèi)大幅推向市場(chǎng)的條件,。

而在目前相當(dāng)有限產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域,，材料及產(chǎn)品的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)往往是落后一步的。以前述東航研發(fā)的3D打印指示牌為例,，雖然一個(gè)晚上便能拿到成品,，但是整個(gè)過程周期也不短：僅參照民航局要求找到適合3D打印的材料就花了一個(gè)月左右的時(shí)間。

Stratasys對(duì)此的應(yīng)對(duì)是,，在他們的航空內(nèi)飾解決方案中,，提前向FAA(美國(guó)聯(lián)邦航空管理局)和EASA(歐洲航空安全局)申請(qǐng)了認(rèn)證，此后,，材料和打印流程便可以直接應(yīng)用在產(chǎn)品中了,。

盡管這種模式無疑會(huì)對(duì)制造商們帶來更大的工作量，但這卻是3D打印量產(chǎn)化推廣中不得不做的一件事,。而更大的挑戰(zhàn)在于,，很多行業(yè)沒有專門的機(jī)構(gòu)做這樣的認(rèn)證，如何取得制造廠商的信任便成為一個(gè)問題,。

“我個(gè)人覺得，早期只可能會(huì)在一些不太關(guān)鍵的零部件上使用3D打印,，相對(duì)來說它們還是比較脆的,，不敢讓它們受力,。” 2017世界3D打印年會(huì)現(xiàn)場(chǎng)一位知名制造商的研發(fā)人員對(duì)記者表示,。

盡管市場(chǎng)方向并不十分明朗,，但在批量生產(chǎn)領(lǐng)域布局的，不止Stratasys一家,。

EOS方面告訴記者,，他們已經(jīng)與Siemens PLM Software、SAP合作,，將3D打印軟件和產(chǎn)品生命周期管理軟件(PLM)進(jìn)行無縫集成,，并提升了在制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)系統(tǒng)中的整合，用戶不僅可以在單一軟件環(huán)境中高效地完成模型設(shè)計(jì)到3D打印流程的工作,，還可以及時(shí)反饋部件的完成情況,。

此外，他們還改進(jìn)了監(jiān)測(cè)系列解決方案,，能夠?yàn)樘峁┙饘?D打印的質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),。“打印過程可視化之后,，在制造階段就對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控,，能大幅降低質(zhì)控成本�,！眳浅熊幈硎�,。

來源：21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道