在電腦上用設(shè)計(jì)軟件畫好模型、轉(zhuǎn)換成可打印文件，一鍵喚醒3D打印機(jī)的噴槍，便能利用塑料、光敏樹脂抑或金屬一層一層地堆疊出實(shí)物。這不只是用微波爐大小的桌面級(jí)3D打印機(jī)制作玩具或模型的場(chǎng)景，工業(yè)巨頭們已開始嘗試?yán)霉I(yè)級(jí)3D打印設(shè)備直接生產(chǎn)最終使用的零部件。
但在3D打印行業(yè)從業(yè)者及分析師眼里，這項(xiàng)“革命性”技術(shù)的價(jià)值及其對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)流程和觀念的“破壞性”還遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮到極致。“在用3D打印做出最終零部件這件事上，才剛剛開了個(gè)頭。”全球最大3D打印機(jī)生產(chǎn)商Stratasys公司亞太及日本地區(qū)總裁Omer Krieger在近日的采訪中對(duì)記者稱，目前3D打印的應(yīng)用市場(chǎng)正從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的原型制作上升到定制化工具的生產(chǎn)制造階段，但要實(shí)現(xiàn)用該技術(shù)批量生產(chǎn)最終零部件尚有一段距離。
根據(jù)安永（EY）去年對(duì)全球范圍內(nèi)900家公司的調(diào)研報(bào)告，只有8%的企業(yè)將3D打印納入公司戰(zhàn)略高度，16%的企業(yè)認(rèn)為該技術(shù)很重要，但仍在評(píng)估其重要性。被稱為顛覆性技術(shù)的3D打印已誕生30年，其普及為什么沒(méi)有想象中快？“3D打印機(jī)這樣的產(chǎn)品，我一直覺(jué)得在產(chǎn)品認(rèn)識(shí)上還存在一些挑戰(zhàn)。”Omer Krieger認(rèn)為，3D打印不會(huì)大規(guī)模取代傳統(tǒng)制造業(yè)。要實(shí)現(xiàn)直接打印零件，除了技術(shù)和材料性能提升之外，傳統(tǒng)生產(chǎn)觀念的革新也需要一定時(shí)間。如何讓市場(chǎng)更愿意利用3D打??？在中國(guó)，Stratasys選擇給打印材料降價(jià)。
以定制化為優(yōu)勢(shì)的增材制造不會(huì)替代傳統(tǒng)制造業(yè)
與傳統(tǒng)的切削加工“做減法”不同，3D打?。ㄔ霾闹圃欤┠嫫涞蓝校ㄟ^(guò)逐層增加材料的方式制造三維實(shí)體物件。無(wú)需切割、鉆孔或后續(xù)機(jī)械加工，3D打印具有快速成型、高度靈活、節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)。它并不在乎幾何圖形有多復(fù)雜，相反，越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可能由于鏤空越多，用料越少、成本更低，這與傳統(tǒng)生產(chǎn)恰恰相反。
3D打印應(yīng)用的發(fā)展路徑可分為三個(gè)階段，原型制作-工裝夾具的制造-打印最終零部件，層層推進(jìn)。目前，最大的應(yīng)用領(lǐng)域仍然是原型制作，也就是借助3D打印縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)循環(huán)，加速推向市場(chǎng)。Stratasys認(rèn)為，目前市場(chǎng)正處于第一階段向第二階段過(guò)渡的拐點(diǎn)，最終零件生產(chǎn)開始起步。到2019年前后，3D打印在最終零件生產(chǎn)的應(yīng)用將超過(guò)工具制作的應(yīng)用。
三個(gè)應(yīng)用階段
設(shè)計(jì)過(guò)程中的快速原型制作
在第三階段，最終零部件對(duì)材料韌度、表面光滑度和美觀性的要求及打印技術(shù)的要求都更高。目前，3D打印所使用材料的功能性讓這項(xiàng)技術(shù)距離最終零件批量生產(chǎn)還有一定差距，比如還無(wú)法滿足車輛量產(chǎn)在高溫、抗沖擊等方面的要求。3D打印行業(yè)面前的挑戰(zhàn)是，提高材料和軟硬件性能，以確保打印更加精確、可靠和可重復(fù)。
“我們經(jīng)常說(shuō)3D打印是一種具有破壞性的技術(shù)，但其實(shí)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，人們并不是很喜歡這種破壞性很強(qiáng)的新事物。”Omer Krieger稱，要將新的生產(chǎn)方式引入傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程，首先要跨越觀念上的障礙。自工業(yè)革命開始，人們的關(guān)注點(diǎn)一直是靠不斷提高產(chǎn)量來(lái)降低成本，但3D打印完全相反。增材制造的優(yōu)勢(shì)在于低產(chǎn)量的定制和按需生產(chǎn)，因此它不會(huì)替代以大規(guī)模生產(chǎn)為特征的傳統(tǒng)制造業(yè)。
Stratasys目前最看好的四個(gè)垂直市場(chǎng)，分別是航空航天、汽車、消費(fèi)電子和醫(yī)療保健，均是存在大量定制化需求的行業(yè)領(lǐng)域。比如要打印的牙齒或骨骼，每個(gè)病人都有獨(dú)一無(wú)二的需求。近期，Stratasys成為空客的供應(yīng)商，為其生產(chǎn)A350型號(hào)飛機(jī)的零部件。這一定單量很小，只做36個(gè)零部件。由于每架飛機(jī)上可能只需一個(gè)或幾個(gè)零部件，沒(méi)必要再進(jìn)行大批量生產(chǎn)。
正在測(cè)試小批量3D打印大型零件可行性的福特汽車公司也認(rèn)為，現(xiàn)階段3D打印還無(wú)法承擔(dān)大規(guī)模的汽車零部件制造，但對(duì)于那些成交量較低的定制化訂單或者賽車制造，這無(wú)疑是更優(yōu)越的制造方式。
東航利用ULTEM 9085 航空認(rèn)證材料打印的飛機(jī)駕駛艙“電子飛行數(shù)據(jù)包”支架完成后處理裝機(jī)使用
“3D打印在航空航天和汽車行業(yè)的增速可能會(huì)是最快的。”Omer Krieger預(yù)測(cè)說(shuō)。此前，NASA已使用Stratasys的3D打印機(jī)制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、堅(jiān)固耐用的火星探測(cè)車部件。德國(guó)太空計(jì)劃也打算采用其3D打印技術(shù)制造火星探索機(jī)器人TransRoPorter的原型，用于火星極端環(huán)境模擬測(cè)試。
應(yīng)用于正畸模型、牙冠和牙橋模型、手術(shù)導(dǎo)板
中國(guó)市場(chǎng)對(duì)3D打印的接受度仍處于初期
除了打印設(shè)備本身的運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用之外，3D打印材料高昂的價(jià)格，一直是阻礙該技術(shù)普及的重要原因。在美國(guó)，3D打印技術(shù)已經(jīng)開始逐漸從原型制造過(guò)渡到定制化工具的生產(chǎn)制造，相比于美國(guó)等成熟市場(chǎng)，3D打印在中國(guó)的應(yīng)用滯后，仍大量停留在概念性的原型設(shè)計(jì)階段，用戶對(duì)于打印材料的價(jià)格敏感性也就更高。
為此，Stratasys決定在明年年中向中國(guó)市場(chǎng)推出兩款定制材料，比現(xiàn)有的同類材料價(jià)格降低50%，以滿足巨大的概念性原型制作需求。今年12月，該公司該將對(duì)部分材料進(jìn)行調(diào)價(jià)。“3D打印在中國(guó)的接受度仍處在前期，降價(jià)就是促進(jìn)用戶在研發(fā)和概念原型打印上更多用到3D打印技術(shù)。”Stratasys大中華區(qū)總經(jīng)理翟蓮子對(duì)澎湃新聞稱。
“3D打印技術(shù)在中國(guó)生產(chǎn)制造行業(yè)的滲透率確實(shí)還遠(yuǎn)不如美國(guó)。”Omer Krieger稱，3D技術(shù)的應(yīng)用一直都是循序漸進(jìn)小步走的趨勢(shì)，在美國(guó)和德國(guó)都是這樣過(guò)來(lái)的，在中國(guó)也應(yīng)該是差不多的節(jié)奏。中國(guó)市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)在于，一旦某項(xiàng)新技術(shù)被采用，復(fù)制速度會(huì)非常快。
30年前，Stratasys的創(chuàng)始人申請(qǐng)并獲得了FDM（Fused Deposition Modeling，熔融沉積成型）技術(shù)專利，迄今為止這仍是3D打印最核心的技術(shù)。但Omer Krieger認(rèn)為，3D打印要想切實(shí)改變整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)流程、為更多企業(yè)所接受，單靠一家之力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。3D打印行業(yè)不是幾家公司的零和博弈，必須形成合力擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景。
機(jī)器人與3D打印的結(jié)合
“比如去年我們和西門子一起合作開發(fā)了Stratasys Robotic Composite 3D Demonstrator概念機(jī)。傳統(tǒng)的3D打印機(jī)都是垂直打印或者水平打印，但這臺(tái)機(jī)器可以做到360度全自動(dòng)打印，適合形狀更復(fù)雜、要求質(zhì)量更輕、強(qiáng)度更高的產(chǎn)品。”Omer Krieger說(shuō)，這種汲各家之所長(zhǎng)誕生的全新打印方式，就是為了讓航空航天或汽車行業(yè)的領(lǐng)頭羊更多看到3D打印的技術(shù)價(jià)值所在。
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