3D打印將如何融入傳統(tǒng)主流制造業(yè),？

作為新興的數(shù)字生產(chǎn)技術(shù),，[color=#444444 !important]3D打印的出現(xiàn)賺足了人們的眼球,�,！督�(jīng)濟(jì)學(xué)家》日前刊文稱,，3D打印與主流制造業(yè)的融合度越來(lái)越高,，以下是文章全文,。

透過(guò)窗戶看著RedEye將近100臺(tái)安靜地工作著的3D打印機(jī)，你就可以瞥見(jiàn)未來(lái)的工廠如何運(yùn)作,。它們不僅僅是機(jī)器那么簡(jiǎn)單,，他們制造的東西展示了這種革命性的生產(chǎn)過(guò)程如何成為主流制造方式。

3D打印機(jī)用一層特殊的材料逐層地創(chuàng)造實(shí)物,，而不需要切割,、鉆孔或者其他機(jī)械加工，因此該過(guò)程又被稱為快速成型制造術(shù),。每個(gè)被打印物品所需的軟件稍稍不同,，而且不需要昂貴的再加工機(jī)器，這些優(yōu)點(diǎn)使得3D打印成為制造一次性物品的流行方式,，特別適合模具,、小裝置、實(shí)體[color=#444444 !important]模型等等,。

懷疑者認(rèn)為,，3D打印的好處也就這么多了。富士康的郭臺(tái)銘稱，3D打印只是一種小把戲,，在真實(shí)商品的生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有商業(yè)價(jià)值,。他還發(fā)誓，如果說(shuō)錯(cuò)了,，名字倒著寫(xiě),。

郭先生說(shuō)對(duì)了一件事：快速成型制造術(shù)的目的不是代替量產(chǎn)。即便技術(shù)不斷進(jìn)步,，一些打印物品的耐久性依然難以滿足生產(chǎn)商的要求,。而且3D打印機(jī)也不能像生產(chǎn)線那樣制造成千上萬(wàn)相同的部件。即便如此,，3D打印機(jī)也有自己的優(yōu)勢(shì),，否則世界知名的大生產(chǎn)商，如通用電氣,、福特,、西門(mén)子、波音,、空中客車(chē)也不會(huì)開(kāi)始使用,。

3D打印的市場(chǎng)非常小，但增長(zhǎng)迅速,。去年,，其市值達(dá)到22億美元，比2011年增加29%,。隨著生產(chǎn)商越來(lái)越熟悉這門(mén)技術(shù),，他們可從模型迅速轉(zhuǎn)移到最終產(chǎn)品。去年,，有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,，25%的3D打印市場(chǎng)都是制造用于生產(chǎn)的“準(zhǔn)商品”。

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這一切在RedEye公司初具雛形,。在很多情況下,，它們都是低產(chǎn)量的商品，比如專業(yè)制藥設(shè)備或者造紙?jiān)O(shè)備的零部件,。其他的零部件,，如3D打印的生產(chǎn)工具實(shí)際上可以增強(qiáng)制造業(yè)的量產(chǎn)能力：寶馬生產(chǎn)線的工人設(shè)計(jì)和打印了定制工具，這樣汽車(chē)零部件的支撐和定位就容易些,；3D打印的模具可以幫助企業(yè)組建試驗(yàn)性的生產(chǎn)線,；有時(shí)需要幾周才能更換的零件，3D打印的模型也可臨時(shí)派上用場(chǎng),；一些難以找的備用件也可以3D打印,，它曾幫一個(gè)美國(guó)航班的幾架老式飛機(jī)成功起航,。

RedEye的經(jīng)理蒂姆·澤林（Tim Thellin）說(shuō)，隨著3D打印技術(shù)和材料的進(jìn)步,，模型的成品質(zhì)量也不斷提高,，簡(jiǎn)直與傳統(tǒng)工廠制造的樣品沒(méi)有區(qū)別。盡管?chē)�繞桌面式3D打印機(jī)天花亂墜的宣傳都瞄準(zhǔn)消費(fèi)者和愛(ài)好者,，但大型的工業(yè)級(jí)打印機(jī)才能滿足打印大體積物品的需求,，而且這是傳統(tǒng)塑料注射成型機(jī)難以做到的事情。

RedEye一些3D打印機(jī)不對(duì)客人開(kāi)放,，因?yàn)樗鼈冎圃斓奈锲泛蛧?guó)防有關(guān)或者具有較高的商業(yè)敏感性,。有一臺(tái)打印機(jī)為RedEye母公司Stratasys生產(chǎn)的3D打印機(jī)制造零部件。Stratasys和另一家叫做3D Systems的公司是3D打印市場(chǎng)中的領(lǐng)導(dǎo)者,。

總部位于南加州的3D Systems公司有很多利用3D打印機(jī)制造成品的例子,。最早采用這項(xiàng)技術(shù)的是醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)。在這一領(lǐng)域,，大量的定制服務(wù)很有必要,，畢竟每個(gè)病人的情況不盡相同。3D Systems的市場(chǎng)總監(jiān)凱茜·劉易斯(Cathy Lewis)說(shuō),，數(shù)百萬(wàn)的病人內(nèi)耳掃描后經(jīng)3D打印制成助聽(tīng)器的外殼,。最初，外殼通過(guò)3D模型去澆注,。后來(lái)當(dāng)不刺激皮膚的材料出現(xiàn)后,，它們可以直接打印。

在另一個(gè)例子中,，3D Systems與Align Technology建立合作關(guān)系,。Align生產(chǎn)成套的透明塑料牙齒矯正器，而非傳統(tǒng)的金屬支架,。醫(yī)生對(duì)病人的口腔掃描后可設(shè)計(jì)治療方案。掃描過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一份數(shù)字文件,，可用于打印20個(gè)模型,。每個(gè)模型都稍稍不同，通過(guò)它們可以制造一整套的塑料支架,。戴上它們幾個(gè)月后,，病人的牙齒就會(huì)慢慢矯正。去年,，Align打印了1700萬(wàn)塑料支架,。

在航空業(yè)大顯身手

產(chǎn)量教低的航空制造業(yè)也采用3D技術(shù)，它們打印的通常都不是關(guān)鍵部件,，但這一切很快會(huì)得到改善,。3D Systems表示，現(xiàn)在一架普通的F-18戰(zhàn)斗機(jī)可能包含90個(gè)3D打印部件，即便這架F-18可能服役了20年,。這是因?yàn)楦鼡Q的部件,，如駕駛員座艙和通風(fēng)道的部件現(xiàn)在都是3D打印成品；而新服役的F-35大約有900個(gè)部件適合3D打印,。

3D打印對(duì)通用電氣從能源到醫(yī)療健康的多項(xiàng)業(yè)務(wù)都有很大的重要性,，而且它打算將多項(xiàng)3D打印技術(shù)作為內(nèi)部技術(shù)以保持競(jìng)爭(zhēng)力。2011年11月,，通用電氣收購(gòu)快速成型制造商Morris Technologies,。除此之外，Morris還為無(wú)人航空設(shè)備制造輕質(zhì)零部件,。這項(xiàng)技術(shù)吸引通用電氣的原因之一就是它有潛力制造復(fù)雜的輕質(zhì)零部件,，這是傳統(tǒng)生產(chǎn)方式脫離特殊材料難以實(shí)現(xiàn)的。2020年前,，通用電氣有望為其噴氣式飛機(jī)打印成千上萬(wàn)的零部件,。

這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)都在中國(guó)得到應(yīng)用。隨著人力成本的增長(zhǎng),，北京一些工廠將快速成型制造作為升級(jí)生產(chǎn)基地的方法,。雖然中國(guó)的技術(shù)不如美國(guó)先進(jìn)，但中國(guó)有更大的雄心,。

中國(guó)多數(shù)3D打印業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)工廠很好地契合,。例如北京隆源自動(dòng)裝配系統(tǒng)利用一種叫做激光燒結(jié)的3D打印技術(shù)，以特殊處理的鑄造砂制造模型,，之后模型被送到傳統(tǒng)的鑄造廠以傳統(tǒng)方式澆鑄金屬部件,。如此一來(lái)，模型車(chē)引擎所用的全部零件僅需幾周就能完成,，而不是原來(lái)的數(shù)月時(shí)間,。

世界上某些最大的3D打印機(jī)可在中國(guó)找到。中國(guó)宇航員的3D打印座椅就是依據(jù)其身材而專門(mén)設(shè)計(jì)的,。

打印電路板成為可能

當(dāng)3D打印具備直接打印電路板的功能后,，它作為生產(chǎn)工具的價(jià)值還將進(jìn)一步提升。迪斯尼,、施樂(lè)和英國(guó)GKN航空航天公司都在實(shí)驗(yàn)這種加工方法,。在與沃里克大學(xué)的合作項(xiàng)目中，GKN研發(fā)出一種叫做碳素(carbomorph)的材料,。當(dāng)受到壓力時(shí),，它表現(xiàn)出電氣阻抗的變化。它可以用來(lái)打印開(kāi)關(guān),、按鈕和傳感器,。

美國(guó)新墨西哥州的Optomec提出一種叫做氣溶劑噴射（Aerosol Je）的電子打印方法,。它將液體的電子材料噴成稠密的氣溶劑，然后用特殊方法逐層沉積,。電路和元器件,，如導(dǎo)線、電阻,、電容和半導(dǎo)體均可以這樣制造,，尺寸可精確到10微米。Optomec目前已經(jīng)試著將LED照明系統(tǒng)打印到墻紙里,，另外也在打印飛機(jī)機(jī)翼的控制電路,。

Optomec還和幾家移動(dòng)電話生產(chǎn)商合作，嘗試直接打印手機(jī)電路,。最新款的智能手機(jī)包含用于移動(dòng)電話,、Wi-Fi、藍(lán)牙和GPS功能的多種天線,。它們的化學(xué)加工過(guò)程對(duì)環(huán)境造成污染,。Optomec可利用一種導(dǎo)電的含銀墨水直接打印天線，中國(guó)某公司的生產(chǎn)線上最近就安裝了類似的試驗(yàn)性打印系統(tǒng),。

Optomec研發(fā)實(shí)驗(yàn)室的主人邁克爾·雷恩（Michael Renn）預(yù)測(cè)稱,，大多數(shù)電子元器件可以直接打印至產(chǎn)品內(nèi)。不過(guò),，盡管該系統(tǒng)可以打印電阻和邏輯電路,，它卻不能打印微處理器和其他芯片所需的、數(shù)量達(dá)幾十億的微型三極管,。它們依然要通過(guò)傳統(tǒng)方法獲得,，然后嵌入3D打印的成品。

3D打印并非完美無(wú)缺

快速成型制造也有其他局限性,。首先,，速度很慢——比如打印汽車(chē)的儀表盤(pán)。不過(guò)速度是相對(duì)而言的,，量產(chǎn)和一次性模型對(duì)速度的要求是不一樣的,。其次，材料成本也很高,。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）是最常用的3D打印材料。采用塑料注射成模技術(shù)的生產(chǎn)商會(huì)以每公斤2美元的價(jià)格大批量采購(gòu)ABS,；但作為3D打印機(jī)的粉末,，其價(jià)格達(dá)到每公斤80美元。

造成價(jià)格差的部分原因之一是3D打印對(duì)純度和成分的要求較高,。當(dāng)然更大的原因是,，很多3D打印機(jī)制造商要求用戶從他們那里購(gòu)買(mǎi)原材料,，并借此抬高價(jià)格。業(yè)內(nèi)人士稱,，當(dāng)?shù)谌�方的供�?yīng)商進(jìn)入這一行業(yè)時(shí),，局面會(huì)有所改觀。此外,，諸如通用電氣等大型生產(chǎn)商正在設(shè)計(jì)的可定制化3D打印系統(tǒng)需要多個(gè)供應(yīng)商的設(shè)備和材料,。

麥肯錫發(fā)布的報(bào)告稱，隨著早先涉及3D打印技術(shù)的專利于2009年失效后,，能夠刺激3D行業(yè)發(fā)展的因素是價(jià)格的降低和競(jìng)爭(zhēng)的加強(qiáng),。一些打印機(jī)的價(jià)格已經(jīng)跌至1000美元以下。

整個(gè)行業(yè)也正在合并,。去年,，Stratasys并購(gòu)了以色列Objet ；6月份這家公司又收購(gòu)MakerBot,；7月份,，3D Systems購(gòu)買(mǎi)激光燒結(jié)技術(shù)法國(guó)供應(yīng)商Phenix Systems81%的股份。

隨著有關(guān)激光燒結(jié)技術(shù)專利的失效,，2014年將會(huì)進(jìn)入3D的打印技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)加劇的新階段,。激光燒結(jié)技術(shù)可以用塑料、金屬和陶瓷打印細(xì)節(jié)更豐富的成品,，而不僅僅是模型,。

與傳統(tǒng)制造相輔相成

與此同時(shí)，3D打印對(duì)普通大眾越來(lái)越具備實(shí)用性,。紐約的Shapeways,、法國(guó)的Sculpteo和比利時(shí)的Materialise可為外科醫(yī)生打印醫(yī)療植入設(shè)備，可為建筑師打印建筑模型,，可為工業(yè)機(jī)器人打印輕質(zhì)零件,。

如果郭先生的生產(chǎn)線遇到小麻煩，這些公司可以幫上忙,。Sculpteo的老板稱,，有一個(gè)大型的中國(guó)制造商正組建新的生產(chǎn)線，但是發(fā)現(xiàn)一些塑料部件忘記訂購(gòu),。面對(duì)項(xiàng)目將拖延幾周的風(fēng)險(xiǎn),，他們選擇了3D打印技術(shù)。Sculpteo 數(shù)天內(nèi)就發(fā)貨5000個(gè)塑料部件,。這個(gè)例子不是說(shuō)3D技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相抗衡,，而是表明它可與傳統(tǒng)技術(shù)“相輔相成”。當(dāng)3D可以解決量產(chǎn)遇到的問(wèn)題時(shí),，它在工廠未來(lái)的地位就得到保障,。