根據AMPOWER市場研究，2020年全球聚合物（塑料）3D打印的整體市場規(guī)模為51.4億歐元（約402億人民幣），預計2025年包括聚合物3D打印系統(tǒng)、材料及零件生產在內的整體塑料3D打印市場規(guī)模將達105億歐元（約822億人民幣）。

近年來，粉末床、光聚合、材料擠出與材料噴射這四大類聚合物3D打印工藝取得了不同程度的發(fā)展。在3D打印材料、設備及面向大批量生產的增材制造服務商與富有創(chuàng)新力的終端用戶等企業(yè)的共同推動下，塑料3D打印技術呈現出明顯的超越原型，走向最終零部件生產的發(fā)展趨勢，尤其是在小批量生產和復雜零部件規(guī)?；a中發(fā)揮著日益重要的作用。

3D打印與創(chuàng)新基因的結合

自行車制造商Specialized在過去的25年中，在產品研究和創(chuàng)新方面投入了大量資金，目標是改善騎手的騎行體驗。然而，傳統(tǒng)生產技術和材料（尤其是泡沫材料）為產品創(chuàng)新帶來的可能性在某些時候已出現瓶頸，這種情況在Specialized希望在自行車的舒適性和騎手穩(wěn)定性方面進一步提升時尤為明顯。

3D打印技術幫助Specialized打破了瓶頸。在這個轉折點上，Specialized開始探索通過增材制造-3D打印實現產品的自由設計、快速開發(fā)，以及進行最終產品的生產。Specialized對于3D打印技術的應用分為兩個階段，第一個階段是通過3D打印技術進行新設計原型開發(fā)，顯著縮短開發(fā)周期，第二個階段是通過3D打印技術進行最終產品的直接生產。

大約在2016年，Specialized購買了第一臺 Carbon（愷奔）公司 M1 3D打印機，用于原型設計和測試。該設備基于Carbon數字光處理（Digital Light Synthesis?, DLS?）增材制造工藝。引入這臺設備后，Specialized自行車零件的研發(fā)速度有了顛覆性改變。Specialized能夠利用3D打印技術將自行車鞍座的整體開發(fā)周期從典型的18-23個月，縮短到13個月。

同樣是在2016年，Carbon與?？耸罚∣ECHSLER）建立了合作伙伴關系，基于Carbon數字光合成?（Carbon DLS?）3D打印技術開發(fā)可擴展生產流程，為一全球著名體育用品品牌規(guī)?；a不同3D打印體育用品零件。?？耸方⑵鸫笠?guī)模塑料零件增材制造的產能，其位于德國、美國和中國（太倉）的全球生產基地擁有150多臺3D打印機，自2019年以來，每年生產超過100萬個3D打印零件。

時至2020年，Specialized與?？耸范荚贒LS? 3D技術方面積累了深厚的專業(yè)知識。雙方以“打造最舒適的性能自行車鞍座”為目標，展開了合作。Specialized基于Carbon的3D打印技術，開發(fā)了一種Mirror技術驅動的S-Works 創(chuàng)新產品，基于增材制造思維的設計將產品功能擴展到了前所未有的水平。懷著進一步突破的愿景，Specialized在近期又推出了采用Mirror技術的下一代自行車座產品S-Works Romin Evo。

■該產品的創(chuàng)新是Specialized、Carbon和?？耸分g密切合作的結果，代表著獨特的騎行體驗。當三家公司在2020年下半年走到一起之后，解決了S-Works Romin Evo自行車鞍座從開發(fā)到增材制造批量生產過程中存在的挑戰(zhàn)。

從快速研發(fā)迭代到批量生產，賦能附加值創(chuàng)造

S-Works Romin Evo自行車座的開發(fā)，首先需要分析騎行測試人員的反饋，從壓力測試中收集數據，并使用以前開發(fā)過程的結果。Carbon和?？耸返墓こ處煂⑦@些轉化為技術規(guī)范。

新產品設計階段的時間非常有限，但合作團隊基于 DLS? 3D打印技術，在設計階段開發(fā)和測試了14種不同的設計，短迭代周期使得設計部門能夠收集大量數據，在一個典型的設計迭代循環(huán)中，包括測試、收集和分析數據，并將這些體現在設計迭代中，平均21天。

■S-Works Romin Evo 3D打印車座與傳統(tǒng)泡沫車座壓力圖對比

實現新產品研發(fā)的快速迭代，僅是合作團隊實現的目標之一。另一個重要任務是利用增材制造設計思維，改變騎行車鞍座的設計，帶來新一代的創(chuàng)新產品。S-Works Romin Evo是為高性能自行車市場而開發(fā)的，必須滿足騎手感知舒適度、骨盆穩(wěn)定性和軟組織健康方面的最高水平。座椅舒適度差會導致受傷和擦傷，從而直接影響騎車人的表現。

顯然，Specialized需要的并不僅是一款自行車鞍座，還有該產品為騎手帶來的附加值。Specialized、Carbon和?？耸犯顚拥暮献?，正是為自行車最終用戶創(chuàng)造全新的騎行體驗。

■這款自行車鞍座的核心技術是3D打印晶格點陣結構，該結構的阻尼和能量恢復特性可通過晶格的幾何形狀，2萬2千個晶格連桿的厚度及晶胞尺寸進行編程來得以實現

憑借3D打印技術能夠制造復雜結構的優(yōu)勢，S-Works Romin Evo自行車座中的不同區(qū)域具有不同的3D打印晶格結構，從而具有不同的阻尼特性并帶來更好的舒適性。

根據裕克施樂的數據，總體而言，與傳統(tǒng)泡沫材料相比，自行車座壓力降低了18%-26%。從S-WorksRomin Evo自行車座長260mm，寬143mm或155mm，重190g。產品設計原型確定之后，將進入到產品批量生產階段。?？耸坊谧罱K的設計原型優(yōu)化了用于批量制造的3D打印文件，以在不影響性能和設計的情況下提高產量、加快生產并減少對環(huán)境的影響。

為了實現S-Works Romin Evo自行車座的啞光外觀，需要對3D打印車座再進行后處理。?？耸返墓に噷＜裔槍@一需求，在四個月內開發(fā)與驗證了一種基于激光的超輕后處理工藝。

在?？耸芳尤隨-Works Romin Evo 3D打印自行車座的開發(fā)項目之后，從確定設計原型到產業(yè)化時間為六個月，總共在十個月內完成了從設計到增材制造批量生產。

高品質消費品創(chuàng)新的更多期待

以上案例中的Specialized是一家致力于在其產品的所有方面為其自行車用戶創(chuàng)造價值的企業(yè)。創(chuàng)新是Specialized基因的一部分，在此過程中，他們不斷突破傳統(tǒng)制造技術的界限，并在自行車市場設立新標準。

以增材制造-3D打印技術作為產品創(chuàng)新及制造方式，在創(chuàng)新思維、供應鏈轉型、工藝本身仍存在挑戰(zhàn)。道阻且長，行則將至。無論是自行車座，還是其他體育器械，汽車內飾，家具，高端美妝產品包裝……增材制造與消費品制造商的創(chuàng)新基因相結合，在制造具有更高性能、更高品質或者前所未有的創(chuàng)新產品領域的潛力值得期待。