在電腦上用設(shè)計軟件畫好模型、轉(zhuǎn)換成可打印文件，一鍵喚醒3D打印機的噴槍，便能利用塑料、光敏樹脂抑或金屬一層一層地堆疊出實物。這不只是用微波爐大小的桌面級3D打印機制作玩具或模型的場景，工業(yè)巨頭們已開始嘗試利用工業(yè)級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“革命性”技術(shù)的價值及其對傳統(tǒng)生產(chǎn)流程和觀念的“破壞性”還遠沒有發(fā)揮到極致。“在用3D打印做出最終零部件這件事上，才剛剛開了個頭。”全球最大3D打印機生產(chǎn)商Stratasys公司亞太及日本地區(qū)總裁Omer Krieger在近日的采訪中對記者稱，目前3D打印的應(yīng)用市場正從設(shè)計環(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）去年對全球范圍內(nèi)900家公司的調(diào)研報告，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)認為該技術(shù)很重要，但仍在評估其重要性。被稱為顛覆性技術(shù)的3D打印已誕生30年，其普及為什么沒有想象中快？“3D打印機這樣的產(chǎn)品，我一直覺得在產(chǎn)品認識上還存在一些挑戰(zhàn)。”Omer Krieger認為，3D打印不會大規(guī)模取代傳統(tǒng)制造業(yè)。要實現(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間。如何讓市場更愿意利用3D打?。吭谥袊?，Stratasys選擇給打印材料降價。
以定制化為優(yōu)勢的增材制造不會替代傳統(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^逐層增加材料的方式制造三維實體物件。無需切割、鉆孔或后續(xù)機械加工，3D打印具有快速成型、高度靈活、節(jié)約成本的優(yōu)勢。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)展路徑可分為三個階段，原型制作-工裝夾具的制造-打印最終零部件，層層推進。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)計循環(huán)，加速推向市場。Stratasys認為，目前市場正處于第一階段向第二階段過渡的拐點，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)用將超過工具制作的應(yīng)用。
三個應(yīng)用階段
設(shè)計過程中的快速原型制作
在第三階段，最終零部件對材料韌度、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技術(shù)距離最終零件批量生產(chǎn)還有一定差距，比如還無法滿足車輛量產(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3D打印是一種具有破壞性的技術(shù)，但其實在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，人們并不是很喜歡這種破壞性很強的新事物。”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)注點一直是靠不斷提高產(chǎn)量來降低成本，但3D打印完全相反。增材制造的優(yōu)勢在于低產(chǎn)量的定制和按需生產(chǎn)，因此它不會替代以大規(guī)模生產(chǎn)為特征的傳統(tǒng)制造業(yè)。
Stratasys目前最看好的四個垂直市場，分別是航空航天、汽車、消費電子和醫(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，每個病人都有獨一無二的需求。近期，Stratasys成為空客的供應(yīng)商，為其生產(chǎn)A350型號飛機的零部件。這一定單量很小，只做36個零部件。由于每架飛機上可能只需一個或幾個零部件，沒必要再進行大批量生產(chǎn)。
正在測試小批量3D打印大型零件可行性的福特汽車公司也認為，現(xiàn)階段3D打印還無法承擔大規(guī)模的汽車零部件制造，但對于那些成交量較低的定制化訂單或者賽車制造，這無疑是更優(yōu)越的制造方式。
東航利用ULTEM 9085 航空認證材料打印的飛機駕駛艙“電子飛行數(shù)據(jù)包”支架完成后處理裝機使用
“3D打印在航空航天和汽車行業(yè)的增速可能會是最快的。”Omer Krieger預(yù)測說。此前，NASA已使用Stratasys的3D打印機制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、堅固耐用的火星探測車部件。德國太空計劃也打算采用其3D打印技術(shù)制造火星探索機器人TransRoPorter的原型，用于火星極端環(huán)境模擬測試。
應(yīng)用于正畸模型、牙冠和牙橋模型、手術(shù)導(dǎo)板
中國市場對3D打印的接受度仍處于初期
除了打印設(shè)備本身的運營維護費用之外，3D打印材料高昂的價格，一直是阻礙該技術(shù)普及的重要原因。在美國，3D打印技術(shù)已經(jīng)開始逐漸從原型制造過渡到定制化工具的生產(chǎn)制造，相比于美國等成熟市場，3D打印在中國的應(yīng)用滯后，仍大量停留在概念性的原型設(shè)計階段，用戶對于打印材料的價格敏感性也就更高。
為此，Stratasys決定在明年年中向中國市場推出兩款定制材料，比現(xiàn)有的同類材料價格降低50%，以滿足巨大的概念性原型制作需求。今年12月，該公司該將對部分材料進行調(diào)價。“3D打印在中國的接受度仍處在前期，降價就是促進用戶在研發(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)理翟蓮子對澎湃新聞稱。
“3D打印技術(shù)在中國生產(chǎn)制造行業(yè)的滲透率確實還遠不如美國。”Omer Krieger稱，3D技術(shù)的應(yīng)用一直都是循序漸進小步走的趨勢，在美國和德國都是這樣過來的，在中國也應(yīng)該是差不多的節(jié)奏。中國市場的優(yōu)勢在于，一旦某項新技術(shù)被采用，復(fù)制速度會非?？?。
30年前，Stratasys的創(chuàng)始人申請并獲得了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認為，3D打印要想切實改變整個行業(yè)的生產(chǎn)流程、為更多企業(yè)所接受，單靠一家之力遠遠不夠。3D打印行業(yè)不是幾家公司的零和博弈，必須形成合力擴大應(yīng)用場景。
機器人與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。傳統(tǒng)的3D打印機都是垂直打印或者水平打印，但這臺機器可以做到360度全自動打印，適合形狀更復(fù)雜、要求質(zhì)量更輕、強度更高的產(chǎn)品。”Omer Krieger說，這種汲各家之所長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)價值所在。
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