从原型制作到制造业革命

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  3D打印是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料或光敏材料,通过逐层打印并粘合、固化的方式来构造物体的技术。3D打印的工艺流程一般分为三步,即三维建模、产品成型和成品后处理。
  3D打印是快速成型技术的一种,也称为增材制造。增材制造与传统的减材制造相对应。减材制造通过多种加工手段(切、削、铣、磨等)去除多余的物料,用做减法的形式来得到成型的物件;而增材制造则通过将材料逐层添加黏合,用做加法的形式来制造物品。大到建筑行业的混凝土浇灌,小到蛋糕行业的奶油裱花工艺,都可以看作是增材制造。
  3D打印市场迅猛增长
  3D打印的主要用途集中在直接零件生产、功能建模、用于交流思想的概念建模和装配实验等。应用产业最主要的是航天军工、消费商品和电子类、车辆类以及医疗/口腔医学教学等。
  根据3D打印专业咨询机构Wohlers Associates的统计,全球3D 打印应用最多的是汽车领域和电子消费品领域,各占20%的比重。3D 打印的医学应用比重同样很大,占到15%,其中主要包括人造骨骼、牙齿、假肢等。此外,航空航天、工业机械等的应用比例也都在10%以上。
  在过去的六年里(2009-2014),全球3D打印市场收入以年均复合增长率30.1%的速度高速增长。到2014年,全球3D打印市场收入已经达到41亿美元。由于核心基础专利到期、工业级市场应用逐渐增多、个人级市场快速普及等因素,全球3D打印市场有望继续快速增长。
  3D打印在具备众多优势的同时,目前也存在着不少局限性。首先,3D打印所使用的耗材非常有限,仅有石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料、陶瓷等10 多种,且价格较为昂贵。其次,3D打印机的价格十分高昂。此外,3D打印在产品精度和生产时长上都有一定的局限性。
  高效的个性化制造方式
  从手工生产角度来说,3D打印是很好的替代。手工生产满足个性化需求,但主要问题是生产效率低。3D打印既能够满足个性化需求,生产效率又高出手工制造很多倍。
  同时,3D打印可降低成型成本,降低新产品推向市场的风险。以前的原型成型是一个周期较长、成本高昂的过程。3D打印原型制造将慢慢取代原有的原型制造。现在3D打印机可以制作复杂的和不常见的形状,使得设计师能够更容易实现梦想。
  也有大规模制造的潜力
  除了满足小批量、个性化需求之外,随着技术的发展,3D打印作为增材制造的属性以及去渠道化的前景,将推动更低成本以及更高效率的制造。
  降低生产成本方面,对于大批量生产的产品,传统制造业现阶段仍然在成本上能体现它的优势;但是对于高精度复杂或者个性化的产品生产,3D打印则在成本上、技术实现难度上更胜一筹。3D打印因为是增材制造,生产中几乎不产生废料,材料利用率非常高,常常能达到90%以上。另外,3D打印还极大地解放了劳动力,一个技术工人可以看管数台打印机,且一台打印机可以生产各种不同的产品,可以大量节省劳动力,而劳动效率却又数倍甚至数十倍地提高。
  
  提高生产效率方面,与生产成本类似,现阶段传统制造业和3D打印在生产不同产品上的生产效率上各有千秋。对于如今已经形成了配套完善、功能齐全的产业,传统制造业的生产效率仍然高于3D打印。但在制造样件和模具方面,3D打印则显示出其优势。
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