史上最全的3D打印技術(shù)分析

規(guī)模經(jīng)濟(jì)是支持現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)的無形力量，工廠和生產(chǎn)線是現(xiàn)代工業(yè)社會大規(guī)模生產(chǎn)的特點。然而這樣的生產(chǎn)成本并不低，企業(yè)必須雇用技術(shù)精湛的技術(shù)人員和工程師，準(zhǔn)確地將概念設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際的物品，校準(zhǔn)工廠的機(jī)器和監(jiān)督裝配生產(chǎn)線。為了收回前期在設(shè)計和生產(chǎn)中的投資，企業(yè)必須出售大量的產(chǎn)品，這樣才能從最初的投資中獲益。因此，大規(guī)模生產(chǎn)犧牲了產(chǎn)品的多樣性。

而3D打印的特點是小批量、定制化，降低了新產(chǎn)品推向市場的風(fēng)險和成本。人們無需裝配線也不需要工廠，也不需要雇用熟練的設(shè)計師、工程師?？死锼?middot;安德森在他的代表作《長尾理論》中將未來的制造模式描述為“由小型企業(yè)組成的超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的分布系統(tǒng)”。通過具體分析，我們認(rèn)為3D打印技術(shù)至少包含以下十個方面的優(yōu)勢。

(1)設(shè)計空間無限

傳統(tǒng)制造技術(shù)和工匠制造的產(chǎn)品形狀有限，制造形狀的能力受制于所使用的工具。例如，傳統(tǒng)的木制車床只能制造圓形物品，軋機(jī)只能加工用銑刀組裝的部件，制模機(jī)僅能制造模鑄形狀。而3D打印機(jī)可以突破這些局限，開辟巨大的設(shè)計空間，制造出傳統(tǒng)工藝難以加工甚至無法加工的產(chǎn)品。

(2)改善產(chǎn)品設(shè)計

原型是產(chǎn)品的初稿，它有助于設(shè)計師、工程師和制造商進(jìn)行多重反復(fù)的檢查，真切地體驗產(chǎn)品的外觀、手感。傳統(tǒng)的原型是利用泡沫或黏土進(jìn)行手工制作，通過3D打印快速創(chuàng)建概念模型，設(shè)計者和客戶之間能夠更好的交流。在傳統(tǒng)的工業(yè)制造，如果一個設(shè)計概念在制成產(chǎn)品之后存在缺陷，企業(yè)需要承擔(dān)大量材料的浪費(fèi)成本。而利用3D打印技術(shù)制作概念模型，能夠快速調(diào)整最初的設(shè)計并不斷改進(jìn)。

3D打印的汽車組件產(chǎn)品原型

除了概念設(shè)計之外，3D打印還被用于創(chuàng)建功能性原型，因為3D打印技術(shù)制成的物品本身具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等性能，通過對原型進(jìn)行各種性能測試，以改進(jìn)最終的產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)，大大縮短了產(chǎn)品從設(shè)計到生產(chǎn)的時間。3D打印加快了設(shè)計進(jìn)程，在產(chǎn)品的安全性和合理性設(shè)計、人體工程學(xué)設(shè)計、市場營銷和設(shè)計等方面不斷改善，從而實現(xiàn)在將產(chǎn)品全面投入生產(chǎn)前對其進(jìn)行優(yōu)化，創(chuàng)造出更好的產(chǎn)品。

利用功能性測試的3D打印膠帶座

(3)多樣化生產(chǎn)不會增加成本

就傳統(tǒng)制造而言，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高。但對于3D打印機(jī)而言，制造形狀復(fù)雜的物品其成本并不會相應(yīng)增長。另外，傳統(tǒng)的制造設(shè)備功能較少，做出的物品形狀種類有限。一臺3D打印機(jī)可以打印不同的形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同形狀的物品。這種制造多樣化而不增加成本的打印將從根本上打破傳統(tǒng)的定價模式，并改變我們整個制造業(yè)成本構(gòu)成的方式。

(4)產(chǎn)品無需組裝

3D打印具備一體成形的特點，這樣對減少勞動力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)有顯著的幫助。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)是建立在產(chǎn)業(yè)鏈和流水線基礎(chǔ)上的，在現(xiàn)代化工廠中，機(jī)器生產(chǎn)出相同的零部件，然后由工人進(jìn)行組裝。產(chǎn)品組成部件越多，供應(yīng)鏈和產(chǎn)品線都將拉得越長，組裝和運(yùn)輸所需要耗費(fèi)的時間和成本就越多。而3D打印一體化成形的特點，無需再次組裝，從而縮短供應(yīng)鏈，節(jié)省在勞動力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)。

美國通用(GE)制造的一體成型的發(fā)動機(jī)噴嘴，原本由20個部件組成

(5)縮短交付時間

3D打印因為可以根據(jù)人們的需求進(jìn)行打印，這種即時生產(chǎn)將大大減少企業(yè)的庫存量，使得企業(yè)能夠根據(jù)用戶的需求來啟動3D打印機(jī)，制造出定制的產(chǎn)品來滿足客戶需求，所以新的商業(yè)模式將成為可能。如果人們所需的物品可以按需就近生產(chǎn)，那么這種零庫存、零時間交付的生產(chǎn)方式還可以減少長途運(yùn)輸?shù)某杀尽?/p>

(6)制造技能門檻降低

傳統(tǒng)的制造機(jī)器需要熟練的專業(yè)人員進(jìn)行機(jī)器調(diào)整和校準(zhǔn)，培養(yǎng)一個嫻熟的工人往往需要幾年的時間。而3D打印機(jī)所需要的操作技能將比傳統(tǒng)設(shè)備少很多，因此3D打印的出現(xiàn)將顯著降低生產(chǎn)技能的門檻。這種擺脫原來高門檻的非技能制造業(yè)，將進(jìn)一步引導(dǎo)出眾多新的商業(yè)模式，并能在遠(yuǎn)程環(huán)境或極端情況下為人們提供打印服務(wù)。

(7)不占空間，便攜制造

3D打印機(jī)可以自由移動，并制造出比自身體積還要龐大的物品。例如，注塑機(jī)只能制造比自身小很多的物品，而部分3D打印機(jī)能夠制造出比自己大很多的物品。另外，民用消費(fèi)級3D打印設(shè)備還可以自由移動，由于其較高的便攜性，出現(xiàn)了一批家用或桌面型的3D打印機(jī)，這些都是有賴于3D打印機(jī)所需更小物理空間這一優(yōu)勢。

桌面級3D打印設(shè)備

(8)節(jié)省原材料

傳統(tǒng)的金屬加工有著十分驚人的浪費(fèi)量，一些精細(xì)化生產(chǎn)甚至?xí)斐?0%原材料的丟棄浪費(fèi)。而3D打印機(jī)的浪費(fèi)量將顯著減少，隨著打印材料的進(jìn)步，3D打印“凈成形”制造將成為更加節(jié)約環(huán)保的加工方式。

利用激光近凈成型技術(shù)(LENS)制造飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片

(9)材料無限組合

傳統(tǒng)的制造機(jī)器在切割或模具成型過程中難以將多種原材料融合在一起，3D打印的原材料之間可以任意組合，制造出人們想要的性能結(jié)構(gòu)。比如在尼龍-玻璃纖維或者尼龍-碳纖維復(fù)合材料能夠提高尼龍的機(jī)械性能，在鎳合金粉末里加入50%的鈦金屬可以顯著提高性能，現(xiàn)在已有科研人員在進(jìn)行碳納米管、石墨烯等復(fù)合新材料的研發(fā)。

世界首輛尼龍-玻纖復(fù)合材料的3D打印汽車

(10)精確的實體復(fù)制

傳統(tǒng)的磁帶只能通過實體物理傳遞來確保信息不被丟失。而數(shù)字音樂文件的出現(xiàn)使得信息脫離了載體，可以被無限次復(fù)制而不降低音頻質(zhì)量。3D打印技術(shù)也有望在整個制造領(lǐng)域把數(shù)字精度延伸到實體世界之中。3D掃描和3D打印技術(shù)將共同提高實體世界和數(shù)字世界之間形態(tài)轉(zhuǎn)換的分辨率，縮小實體世界和數(shù)字世紀(jì)之間的距離。

3D掃描之后打印的人像

以上部分優(yōu)勢有的已經(jīng)得到證實，有的可能會在未來二三十年成為現(xiàn)實。3D打印將一次次突破人們熟悉的、歷史悠久的傳統(tǒng)制造技術(shù)瓶頸，推陳出新，為人類以后的制造創(chuàng)新提供一個更加廣闊的舞臺。