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。《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》日前刊文稱，3D打印與主流制造業(yè)的融合度越來越高，以下是文章全文。

透過窗戶看著RedEye將近100臺安靜地工作著的3D打印機(jī)，你就可以瞥見未來的工廠如何運(yùn)作。它們不僅僅是機(jī)器那么簡單，他們制造的東西展示了這種革命性的生產(chǎn)過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。富士康的郭臺銘稱，3D打印只是一種小把戲，在真實(shí)商品的生產(chǎn)過程中沒有商業(yè)價(jià)值。他還發(fā)誓，如果說錯(cuò)了，名字倒著寫。

郭先生說對了一件事：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相同的部件。即便如此，3D打印機(jī)也有自己的優(yōu)勢，否則世界知名的大生產(chǎn)商，如通用電氣、福特、西門子、波音、空中客車也不會開始使用。

3D打印的市場非常小，但增長迅速。去年，其市值達(dá)到22億美元，比2011年增加29%。隨著生產(chǎn)商越來越熟悉這門技術(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；一些難以找的備用件也可以3D打印，它曾幫一個(gè)美國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，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，簡直與傳統(tǒng)工廠制造的樣品沒有區(qū)別。盡管圍繞桌面式3D打印機(jī)天花亂墜的宣傳都瞄準(zhǔn)消費(fèi)者和愛好者，但大型的工業(yè)級打印機(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)不對客人開放，因?yàn)樗鼈冎圃斓奈锲泛蛧�防有關(guān)或者具有較高的商業(yè)敏感性。有一臺打印機(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的市場總監(jiān)凱茜·劉易斯(Cathy Lewis)說，數(shù)百萬的病人內(nèi)耳掃描后經(jīng)3D打印制成助聽器的外殼。最初，外殼通過3D模型去澆注。后來當(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)生對病人的口腔掃描后可設(shè)計(jì)治療方案。掃描過程會產(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，病人的牙齒就會慢慢矯正。去年，Align打印了1700萬塑料支架。

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)以保持競爭力。2011年11月，通用電氣收購快速成型制造商Morris Technologies。除此之外，Morris還為無人航空設(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)打印成千上萬的零部件。

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

中國多數(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，模型車引擎所用的全部零件僅需幾周就能完成，而不是原來的數(shù)月時(shí)間。

世界上某些最大的3D打印機(jī)可在中國找到。中國宇航員的3D打印座椅就是依據(jù)其身材而專門設(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、施樂和英國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。它可以用來打印開關(guān)、按鈕和傳感器。

美國新墨西哥州的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)加工過程對環(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)測稱，大多數(shù)電子元器件可以直接打印至產(chǎn)品內(nèi)。不過，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——比如打印汽車的儀表盤。不過速度是相對而言的，量產(chǎn)和一次性模型對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)商會以每公斤2美元的價(jià)格大批量采購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買原材料，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)格的降低和競爭的加強(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并購了以色列Objet ；6月份這家公司又收購MakerBot；7月份，3D Systems購買激光燒結(jié)技術(shù)法國供應(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年將會進(jìn)入3D的打印技術(shù)競爭加劇的新階段。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打印對普通大眾越來越具備實(shí)用性。紐約的Shapeways、法國的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。面對項(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)遇到的問題時(shí)，它在工廠未來的地位就得到保障。