史上最全的3D打印技術(shù)分析
/ 2021/6/5 21:40:33
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3D打印技術(shù)的優(yōu)勢
規模經(jīng)濟是支持現代工業(yè)經(jīng)濟的無(wú)形力量，工廠(chǎng)和生產(chǎn)線(xiàn)是現代工業(yè)社會(huì )大規模生產(chǎn)的特點(diǎn)。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，準確地將概念設計轉化為實(shí)際的物品，校準工廠(chǎng)的機器和監督裝配生產(chǎn)線(xiàn)。為了收回前期在設計和生產(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，大規模生產(chǎn)犧牲了產(chǎn)品的多樣性。
而3D打印的特點(diǎn)是小批量、定制化,降低了新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的風(fēng)險和成本。人們無(wú)需裝配線(xiàn)也不需要工廠(chǎng)，也不需要雇用熟練的設計師、工程師。克里斯·安德森在他的代表作《長(cháng)尾理論》中將未來(lái)的制造模式描述為“由小型企業(yè)組成的超大規模網(wǎng)絡(luò )的分布系統”。通過(guò)具體分析，我們認為3D打印技術(shù)至少包含以下十個(gè)方面的優(yōu)勢。
（1）設計空間無(wú)限
傳統制造技術(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，傳統的木制車(chē)床只能制造圓形物品，軋機只能加工用銑刀組裝的部件，制模機僅能制造模鑄形狀。而3D打印機可以突破這些局限，開(kāi)辟巨大的設計空間，制造出傳統工藝難以加工甚至無(wú)法加工的產(chǎn)品。
（2）改善產(chǎn)品設計
原型是產(chǎn)品的初稿，它有助于設計師、工程師和制造商進(jìn)行多重反復的檢查，真切地體驗產(chǎn)品的外觀(guān)、手感。傳統的原型是利用泡沫或黏土進(jìn)行手工制作，通過(guò)3D打印快速創(chuàng )建概念模型，設計者和客戶(hù)之間能夠更好的交流。在傳統的工業(yè)制造，如果一個(gè)設計概念在制成產(chǎn)品之后存在缺陷，企業(yè)需要承擔大量材料的浪費成本。而利用3D打印技術(shù)制作概念模型，能夠快速調整最初的設計并不斷改進(jìn)。
3D打印的汽車(chē)組件產(chǎn)品原型
除了概念設計之外，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(guò)對原型進(jìn)行各種性能測試，以改進(jìn)最終的產(chǎn)品設計參數，大大縮短了產(chǎn)品從設計到生產(chǎn)的時(shí)間。3D打印加快了設計進(jìn)程，在產(chǎn)品的安全性和合理性設計、人體工程學(xué)設計、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和設計等方面不斷改善，從而實(shí)現在將產(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(huì )增加成本
就傳統制造而言，物體形狀越復雜，制造成本越高。但對于3D打印機而言，制造形狀復雜的物品其成本并不會(huì )相應增長(cháng)。另外，傳統的制造設備功能較少，做出的物品形狀種類(lèi)有限。一臺3D打印機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的定價(jià)模式，并改變我們整個(gè)制造業(yè)成本構成的方式。
（4）產(chǎn)品無(wú)需組裝
3D打印具備一體成形的特點(diǎn)，這樣對減少勞動(dòng)力和運輸方面的花費有顯著(zhù)的幫助。傳統的大規模生產(chǎn)是建立在產(chǎn)業(yè)鏈和流水線(xiàn)基礎上的，在現代化工廠(chǎng)中，機器生產(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，供應鏈和產(chǎn)品線(xiàn)都將拉得越長(cháng)，組裝和運輸所需要耗費的時(shí)間和成本就越多。而3D打印一體化成形的特點(diǎn)，無(wú)需再次組裝，從而縮短供應鏈，節省在勞動(dòng)力和運輸方面的花費。
美國通用（GE）制造的一體成型的發(fā)動(dòng)機噴嘴，原本由20個(gè)部件組成
（5）縮短交付時(shí)間
3D打印因為可以根據人們的需求進(jìn)行打印，這種即時(shí)生產(chǎn)將大大減少企業(yè)的庫存量，使得企業(yè)能夠根據用戶(hù)的需求來(lái)啟動(dòng)3D打印機，制造出定制的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)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(shí)間交付的生產(chǎn)方式還可以減少長(cháng)途運輸的成本。
（6）制造技能門(mén)檻降低
傳統的制造機器需要熟練的專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行機器調整和校準，培養一個(gè)嫻熟的工人往往需要幾年的時(shí)間。而3D打印機所需要的操作技能將比傳統設備少很多，因此3D打印的出現將顯著(zhù)降低生產(chǎn)技能的門(mén)檻。這種擺脫原來(lái)高門(mén)檻的非技能制造業(yè)，將進(jìn)一步引導出眾多新的商業(yè)模式，并能在遠程環(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打印機可以自由移動(dòng)，并制造出比自身體積還要龐大的物品。例如，注塑機只能制造比自身小很多的物品，而部分3D打印機能夠制造出比自己大很多的物品。另外，民用消費級3D打印設備還可以自由移動(dòng)，由于其較高的便攜性，出現了一批家用或桌面型的3D打印機，這些都是有賴(lài)于3D打印機所需更小物理空間這一優(yōu)勢。
桌面級3D打印設備
（8）節省原材料
傳統的金屬加工有著(zhù)十分驚人的浪費量，一些精細化生產(chǎn)甚至會(huì )造成90%原材料的丟棄浪費。而3D打印機的浪費量將顯著(zhù)減少，隨著(zhù)打印材料的進(jìn)步，3D打印“凈成形”制造將成為更加節約環(huán)保的加工方式。
利用激光近凈成型技術(shù)（LENS）制造飛機發(fā)動(dòng)機葉片
（9）材料無(wú)限組合
傳統的制造機器在切割或
模具成型過(guò)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構。比如在尼龍-玻璃纖維或者尼龍-碳纖維復合材料能夠提高尼龍的機械性能，在鎳合金粉末里加入50%的鈦金屬可以顯著(zhù)提高性能，現在已有科研人員在進(jìn)行碳納米管、石墨烯等復合新材料的研發(fā)。
世界首輛尼龍-玻纖復合材料的3D打印汽車(chē)
（10）精確的實(shí)體復制
傳統的磁帶只能通過(guò)實(shí)體物理傳遞來(lái)確保信息不被丟失。而數字音樂(lè )文件的出現使得信息脫離了載體，可以被無(wú)限次復制而不降低音頻質(zhì)量。3D打印技術(shù)也有望在整個(gè)制造領(lǐng)域把數字精度延伸到實(shí)體世界之中。3D掃描和3D打印技術(shù)將共同提高實(shí)體世界和數字世界之間形態(tài)轉換的分辨率，縮小實(shí)體世界和數字世紀之間的距離。
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(shí)，有的可能會(huì )在未來(lái)二三十年成為現實(shí)。3D打印將一次次突破人們熟悉的、歷史悠久的傳統制造技術(shù)瓶頸，推陳出新，為人類(lèi)以后的制造創(chuàng )新提供一個(gè)更加廣闊的舞臺。
