作爲新興的數(shù)字生産技術(shù),3D打印的出現(xiàn)賺足了人們的眼球！督(jīng)濟學家》日前刊文稱,3D打印與主流制造業(yè)的調(diào)和度越來越高,以下是文章全文。
透過窗戶看著RedEye將近100臺安靜地工作著的3D打
印機,你就可以瞥見未來的工廠如何運作。它們不僅僅是機器那麼簡單,他們制造的東西展示了這種革命性的生産過程如何成爲主流制造方法。
3D打印機用一層特殊的材料逐層地創(chuàng)造實物,而不需要切割、鑽孔或者其他機械加工,因此該過程又被稱爲快速成型制造術(shù)。每個被打印物品所需的軟件稍稍不同,同時不需要昂貴的再加工機器,這些優(yōu)點使得3D打印成爲制造一次性物品的流行方法,特別適合模具、小裝置、實體模型等等。
懷疑者認爲,3D打印的好處也就這麼多了。富士康的郭臺銘稱,3D打印只是一種小把戲,在真實商品的生産過程中沒有商業(yè)價值。他還發(fā)誓,如果說錯了,名字倒著寫。
郭先生說對了一件事:快速成型制造術(shù)的目的不是代表量産。即使技術(shù)不斷進步,一些打印物品的耐久性依然難以滿足生産商的要求。同時3D打印機也不能像生産線那樣制造成千上萬雷同的部件。即使如此,3D打印機也有自己的優(yōu)勢,否則世界知名的大生産商,如通用電氣、福特、西門子、波音、空中客車也不會開始使用。
3D打印的市場非常小,但增長敏捷。去年,其市值達到22億美元,比2011年增加29%。隨著生産商越來越熟悉這門技術(shù),他們可從模型敏捷轉(zhuǎn)移到最終國產(chǎn)產(chǎn)品。去年,有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,25%的3D打印市場基本上制造用于生産的“準商品”。
這一切在RedEye公司初具雛形。在很多情況下,它們基本上低産量的商品,譬如專業(yè)制藥設(shè)備或者造紙設(shè)備的零部件。其他的零部件,如3D打印的生産工具實際上可以增強制造業(yè)的量産能力:寶馬生産線的工人設(shè)計和打印了定制工具,這樣汽車零部件的支撐和定位就容易些;3D打印的模具可以幫助企業(yè)組建試驗性的生産線;有時需要幾周才能更換的零件,3D打印的模型也可臨時派上用場;一些難以找的備用件也可以3D打印,它曾幫一個美國航班的幾架老式飛機成功起航。
RedEye的經(jīng)理蒂姆·澤林(Tim Thellin)說,隨著3D打印技術(shù)和材料的前進,模型的成品質(zhì)量也不斷提高,簡直與傳統(tǒng)工廠制造的樣品沒有區(qū)別。盡管圍繞桌面式3D打印機天花亂墜的宣傳都瞄準消費者和愛好者,但大型的工業(yè)級打印機才能滿足打印大體積物品的需求,同時這是傳統(tǒng)塑料注射成型機難以做到的情況。
RedEye一些3D打印機不對客人開放,因為它們制造的物品和國防有關(guān)或者具有較高的商業(yè)敏銳性。有一臺打印機為RedEye母公司Stratasys生產(chǎn)的3D打印機制造零部件。Stratasys和另一家叫做3D Systems的公司是3D打印市場中的領(lǐng)導者。
總部位于南加州的3D Systems公司有很多使用3D打印機制造成品的例子。最早采用這項技術(shù)的是醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)。在這一土地,大批的定制服務(wù)很有需要,畢竟每個病人的情況不盡雷同。3D Systems的市場總監(jiān)凱茜·劉易斯(Cathy Lewis)說,數(shù)百萬的病人內(nèi)耳掃描后經(jīng)3D打印制成助聽器的外殼。最初,外殼通過3D模型去澆注。后來當不刺激皮膚的材料出現(xiàn)后,它們可以直接打印。
在另一個例子中,3D Systems與Align Technology建立合作關(guān)系。Align生產(chǎn)成套的晶瑩塑料牙齒矯正器,而非傳統(tǒng)的金屬支架。醫(yī)生對病人的口腔掃描后可設(shè)計治療方案。掃描過程會產(chǎn)生一份數(shù)字文件,可用于打印20個模型。每個模型都稍稍不同,通過它們可以制造一整套的塑料支架。戴上它們幾個月后,病人的牙齒就會慢慢矯正。去年,Align打印了1700萬塑料支架。
在航空業(yè)大顯身手
產(chǎn)量教低的航空制造業(yè)也采用3D技術(shù),它們打印的通常都不是關(guān)鍵部件,但這一切很快會獲得改善。3D Systems表達,現(xiàn)在一架一般的F-18戰(zhàn)斗機也許包含90個3D打印部件,即使這架F-18也許參軍了20年。這是因為更換的部件,如駕駛員座艙和通風道的部件現(xiàn)在基本上3D打印成品;而新參軍的F-35大約有900個部件適合3D打印。
3D打印對通用電氣從能源到醫(yī)療健康的多項業(yè)務(wù)都有很大的重要性,同時它打算將多項3D打印技術(shù)作為內(nèi)部技術(shù)以保全競爭力。2011年11月,通用電氣收購快速成型制造商Morris Technologies。除此之外,Morris還為無人航空設(shè)備制造輕質(zhì)零部件。這項技術(shù)吸引通用電氣的原因之一就是它有潛力制造龐大的輕質(zhì)零部件,這是傳統(tǒng)生產(chǎn)方法脫離特殊材料難以實現(xiàn)的。2020年前,通用電氣有望為其噴氣式飛機打印成千上萬的零部件。
這些技術(shù)優(yōu)勢都在中國獲得應(yīng)用。隨著人力成本的增長,北京一些工廠將快速成型制造作爲升級生産基地的方法。雖然中國的技術(shù)不如美國先進,但中國有更大的雄心。
中國多數(shù)3D打印業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)工廠很好地契合。例如北京隆源自動裝配系統(tǒng)使用一種叫做激光燒結(jié)的3D打印技術(shù),以特殊處理的鑄造砂制造模型,之後模型被送到傳統(tǒng)的鑄造廠以傳統(tǒng)方法澆鑄金屬部件。如此一來,模型車引擎所用的全部零件僅需幾周就能完成,而不是原來的數(shù)月時間。
世界上某些最大的3D打印機可在中國找到。中國宇航員的3D打印座椅就是依據(jù)其身材而專門設(shè)計的。
打印電路板成爲也許
當3D打印具備直接打印電路板的功能後,它作爲生産工具的價值還將進一步提升。迪斯尼、施樂和英國GKN航空航天公司都在實驗這種加工方法。在與沃裏克大學的合作項目中,GKN研發(fā)出一種叫做碳素(carbomorph)的材料。當受到壓力時,它表現(xiàn)出電氣阻抗的變化。它可以用來打印開關(guān)、按鈕和傳感器。
美國新墨西哥州的Optomec提出一種叫做氣溶劑噴射(Aerosol Je)的電子打印方法。它將液體的電子材料噴成濃密的氣溶劑,接著用特殊方法逐層沉積。電路和元器件,如導線、電阻、電容和半導體均可以如此制造,尺寸可精確到10微米。Optomec目前差不多試著將LED照明系統(tǒng)打印到墻紙里,另外也在打印飛機機翼的控制電路。
Optomec還和幾家移動電話生産商合作,嘗試直接打印手機電路。最新款的智專家機包含用于移動電話、Wi-Fi、藍牙和GPS功能的多種天線。它們的化學加工過程對環(huán)境造成汙染。Optomec可使用一種導電的含銀墨水直接打印天線,中國某公司的生産線上最近就安裝了類似的試驗性打印系統(tǒng)。
Optomec研發(fā)實驗室的主人邁克爾·雷恩(Michael Renn)預測稱,大多數(shù)電子元器件可以直接打印至產(chǎn)品內(nèi)。只是,盡管該系統(tǒng)可以打印電阻和邏輯電路,它卻不能打印微處置器和其他芯片所需的、數(shù)量達幾十億的微型三極管。它們依然要通過傳統(tǒng)方法獲得,接著嵌入3D打印的成品。
3D打印並非完美無缺
快速成型制造也有其他局限性。第一,速度很慢——譬如打印汽車的儀表盤。不過速度是相對而言的,量産和一次性模型對速度的要求是不比樣的。其次,材料成本也很高。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)是最常用的3D打印材料。采用塑料注射成模技術(shù)的生産商會以每公斤2美元的價格大批量采購ABS;但作爲3D打印機的粉末,其價格達到每公斤80美元。
造成價格差的部分原因之一是3D打印對純度和身分的要求較高。當然更大的原因是,很多3D打印機制造商要求用戶從他們那裏購買原材料,並借此擡高價格。業(yè)內(nèi)人士稱,當?shù)谌降墓⿷?yīng)商進入這一行業(yè)時,局面會有所改觀。另外,諸如通用電氣等大型生産商正在設(shè)計的可定制化3D打印系統(tǒng)需要多個供應(yīng)商的設(shè)備和材料。
麥肯錫發(fā)布的報告稱,隨著以前涉及3D打印技術(shù)的專利于2009年失效後,能夠刺激3D行業(yè)發(fā)展的因素是價格的降低和競爭的加強。一些打印機的價格已經(jīng)跌至1000美元以下。
整個行業(yè)也正在合并。去年,Stratasys并購了以色列Objet ;6月份這家公司又收購MakerBot;7月份,3D Systems購買激光燒結(jié)技術(shù)法國供應(yīng)商Phenix Systems81%的股份。
隨著有關(guān)激光燒結(jié)技術(shù)專利的失效,2014年將會進入3D的打印技術(shù)競爭加劇的新階段。激光燒結(jié)技術(shù)可以用塑料、金屬和陶瓷打印細節(jié)更豐富的成品,而不僅僅是模型。
與傳統(tǒng)制造相輔相成
與此同時,3D打印對一般大衆(zhòng)越來越具備實用性。紐約的Shapeways、法國的Sculpteo和比利時的Materialise可爲外科醫(yī)生打印醫(yī)療植入設(shè)備,可爲建築師打印建築模型,可爲工業(yè)機器人打印輕質(zhì)零件。
如果郭先生的生產(chǎn)線碰到小煩惱,這些公司可以幫上忙。Sculpteo的老總稱,有一個大型的中國制造商正組建新的生產(chǎn)線,但是發(fā)現(xiàn)一些塑料部件不記得訂購。面對項目將拖延幾周的風險,他們選擇了3D打印技術(shù)。Sculpteo 數(shù)天內(nèi)就發(fā)貨5000個塑料部件。那個例子不是說3D技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相抗衡,而是表明它可與傳統(tǒng)技術(shù)“相輔相成”。當3D可以解決量產(chǎn)碰到的問題時,它在工廠未來的地位就獲得保障。
