3D打印未來是否會取代傳統(tǒng)的制造業(yè)？增材制造專家談?wù)摯笠?guī)模商業(yè)化量產(chǎn)等問題

2022年3月，3D打印的未來在哪里？隨著3D打印和現(xiàn)代傳統(tǒng)工業(yè)不斷發(fā)展，3D打印是否會取代傳統(tǒng)的制造業(yè)？實(shí)現(xiàn)大規(guī)模3D打印未來的挑戰(zhàn)是什么？會成為下一個利基應(yīng)用技術(shù)嗎？還是會和量產(chǎn)結(jié)合使用？會被普遍使用嗎？還是只存在少數(shù)幾個行業(yè)？南極熊整理了一些行業(yè)專家對以上問題的回答匯總。

問題一：3D打印是否會取代傳統(tǒng)的制造業(yè)？

ReThink Additive3D打印顧問Oliver Smith指出：我們曾經(jīng)預(yù)想3D打印會取代傳統(tǒng)的制造業(yè)，但現(xiàn)在這種情況還不會出現(xiàn)。

“在同類場景中，3D打印不會取代傳統(tǒng)工業(yè)體系的大批量制造，可以肯定的是，在使用3D打印和傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)相同的零件時（非注塑成型），在創(chuàng)新設(shè)計和加工過程中，3D打印可以大規(guī)模壓縮工藝鏈或添加傳統(tǒng)生產(chǎn)方法無法比擬的定制功能，關(guān)于以上這一點(diǎn)未來一定會被大規(guī)模開發(fā)利用。例如，符合人體工程學(xué)的定制矯形器和修復(fù)體、具有高度調(diào)諧晶格結(jié)構(gòu)的矯形植入物或直接從數(shù)字掃描數(shù)據(jù)產(chǎn)生的定制牙齒矯正器�！�

在這里，Oliver的觀點(diǎn)在于3D打印真正有意義的用途。他提出的一個容易被人們忽視的觀點(diǎn)，在我們“壓縮流程鏈”的情況下，它可能非常有用。不僅在大幅縮短加工時間，它對比傳統(tǒng)工業(yè)有許多地方可以讓制造者和使用者雙方收益，如時間、流程、工具、成本或所需參與方的數(shù)量等，以上都是它特有的優(yōu)勢。

如果只是將時間視為唯一與流程相關(guān)的變量，那么人們真的會錯過3D打印的其他優(yōu)勢。如航空、醫(yī)療、石油平臺、絕密項目、ITAR 或其他項目等，你會看到更多3D打印獨(dú)有的優(yōu)勢，而不僅僅是“更快”。

問題二：實(shí)現(xiàn)大規(guī)模3D打印未來的挑戰(zhàn)是什么？

Oliver認(rèn)為3D技術(shù)可以使零件性超越傳統(tǒng)工藝，這是因為它可以生產(chǎn)更為復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，例如獨(dú)特的結(jié)構(gòu)或N=1產(chǎn)品，是我們未來應(yīng)該重點(diǎn)考慮的因素。但如果我們想真正大規(guī)模地制造這些東西，未來的挑戰(zhàn)是什么？

△通過3D打印優(yōu)化的復(fù)雜流體歧管。圖片來自3D Systems

“一旦為特定幾何結(jié)構(gòu)制造了定制模具或工具，又或者是銑床被編程以制造特定零件，傳統(tǒng)制造很快就會以快速且價格便宜占據(jù)市場優(yōu)勢。對于簡單的結(jié)構(gòu)尤其如此。對于小批量制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)或零件，增材制造已經(jīng)具有競爭力。但是，增材制造需要變得更快、更便宜，才能對傳統(tǒng)工藝造成市場競爭。

3D打印面臨的問題之一是，許多設(shè)計師被在設(shè)計零件時考慮到傳統(tǒng)的制造限制。制造的零件趨于傳統(tǒng)加工結(jié)構(gòu)，為了使 它制造優(yōu)于傳統(tǒng)制造，未來更多的設(shè)計師應(yīng)該通過充分利用3D打印可構(gòu)建復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的能力，來推動設(shè)計增強(qiáng)性能和部件整合就越有意義。”

△3D打印燃料燃燒器。圖片來自3D Systems

Brent的回答最初看似簡單，但他提到了人們經(jīng)常提到的由傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向3D打印的原因，比如前期成本和更快的模具生產(chǎn)。缺乏設(shè)計的敏感性和對3D打印的自我認(rèn)知是對未來發(fā)展的阻礙。

然而，Brent真正提出的重要一點(diǎn)是，在一個3D打印構(gòu)建中開發(fā)復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。這是另一個經(jīng)常被忽視非常精確的概念。人們認(rèn)為構(gòu)建復(fù)雜的零件或組件很昂貴，但如果充分的發(fā)揮3D打印在構(gòu)建復(fù)雜組件的優(yōu)勢，那么整個產(chǎn)品可以新穎的方式制造且更具成本效益。

問題三：Stratasys的戰(zhàn)略增長高級副總裁Pat Carey認(rèn)為，缺少人才，企業(yè)缺少3D打印認(rèn)知是一個大問題。

“增材制造職業(yè)的機(jī)會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人們?yōu)檫@些職位接受培訓(xùn)的速度。我們與貿(mào)易學(xué)校、大學(xué)、專業(yè)和教育組織以及中學(xué)教育學(xué)校合作，以鼓勵增材制造教育和培訓(xùn)的發(fā)展�！�

Pat還提出的一個非常重要的觀點(diǎn)是，部分公司通常不知道如何計算3D打印對他們的有效性。

△使用Stratasys的J750數(shù)字打印機(jī)進(jìn)行醫(yī)療3D打印。圖片來自Stratasys

“企業(yè)還需要幫助定義投資回報率/商業(yè)案例，說明增材制造將如何有益于他們的制造業(yè)務(wù)以及如何執(zhí)行它，”Pat說�！拔覀冎�道這項技術(shù)是可行的，但需要指導(dǎo)客戶了解哪種技術(shù)、哪種材料以及哪些應(yīng)用最適合他們，增材部件成本與傳統(tǒng)部件成本相比如何，如何在更多領(lǐng)域開發(fā)投資回報率。制造過程、零件整合的價值和降低的勞動力成本�！�

如果沒有3D打印認(rèn)知，企業(yè)可能會損失成本和時間，例如一個案例，由于一個簡單的問題卻引發(fā)后面進(jìn)展緩慢，他們沒有考慮到構(gòu)建室中部件之間的足夠間距或不知道機(jī)器有兩次構(gòu)建之間的周轉(zhuǎn)時間為8小時。這些事情看起來簡單但確非常重要，只有當(dāng)你了解它們時，才顯然是必不可少。通過為企業(yè)提供正確的知識，我們可以真正幫助他們使用3D打印產(chǎn)生效益。

△牙科實(shí)驗室中的Origin One。圖片來自Stratasys

問題四：Pat 提出的另一個想法是3D打印與傳統(tǒng)工業(yè)體系鏈接

Pat提出“為了迎接工業(yè)4.0時代，制造商必須充分利用IIoT（工業(yè)物聯(lián)），3D 打印機(jī)只是工業(yè)體系中的一部分。企業(yè)必須繼續(xù)與IT團(tuán)隊緊密合作，展示3D打印機(jī)在制造方面的用途，而不僅僅是一種工程工具�！�

我認(rèn)為很多人都沒有真正充分考慮到這一點(diǎn)。我們現(xiàn)在知道3D打印不會取代傳統(tǒng)工業(yè)，但同時我覺得3D打印好像是一座孤島。目前我們能夠與ERP、其他工具、其他應(yīng)用程序和整個企業(yè)集成的方法太少了，未來盡可能的利用企業(yè)所有基礎(chǔ)制造設(shè)施與其鏈接。