3D打印技術採用加法式的整體制造方案,颠覆了過去的減法式加工方式。與傳統經典的技術比較,3D打印在產品功能、生產效率、制造成本等方面具有顯著優勢,值得進行大力的產業化推廣,促使新一輪產業革命的發生。
1、3D打印的技術突破
美國一個名為The Next Web的網站,採訪了9位企業創始人,總結性的結論是,3D打印將會形成8個方面的技術創新,並可能實現歷史性的突破。
(1)再無制造產品的概念
當3D技術普及後,消費者再也不用親自跑去商店被動選擇商品,而是可以根據個人的意願自行設計商品,再通過網絡打印店,把個人想法轉為現實。這樣的設計和打印環節,成本比直接購買還要低,而商品的涉及領域也更繁多,從機器設備到建築物、從玩具娃娃到人體器官等等。
(2)測試想法
對中小型企業而言,摸清市場規律,了解消費者的個人需求,是其發展企業規模的關鍵因素。受到企業規模的限制,中小型企業本身不可能通過擴大產品數量來降低生產成本,因此面臨成本過高的生存問題。有了3D打印技術,這些企業可以根據消費者的偏好,自行打印產品,降低生產成本。
(3)在家創業
傳統的商品生產都是在大型的車間或者廠房裡,總之是有專門的生產地點。當3D打印技術普及後,設計者不再受到地點的約束,可以在自己家裡自行設計產品,通過電腦掃描以後,再交給專業的3D打印企業進行規模化生產。研發與生產實現完美脫離,提高工作效率,增加創業機會。
(4)工具百寶箱
小零件和小工具是我們日常生活中不可缺少的一部分,但是因為其體積較小,不易存儲,因此我們需要尋找小零件或者小工具,有了3D打印技術,我們可以自行設計出一些常用的但是又很難找到的小零件。例如:水泥釘、螺母、工具刀等等。由此可見,3D打印機將在我們的日常生活中擔當工具百寶箱的角色。
(5)設計樣品
有些高端產品,由於設計和制作成本高,因此價格比較昂貴,一個樣品的制造成本接近400美元。當3D打印技術出現後,能夠採用低成本,設計出個性化的產品,激發產品設計師的無限創造潛力。因此,3D打印技術由於降低了制造成本,而提高了產品設計創意的水平,給設計制造領域,帶來前所未有的改革。
(6)打印必需品
以前,我們使用的一些複雜產品,由於部件繁多,組裝麻煩,不僅生產效率低,而且價格昂貴。有了3D打印機,成本得到控制,我們可以便捷的制造出自己需要的產品,比如:房子、汽車、機器、生活用品、食品等。
(7)增加效率
在低成本和便捷性之外,3D打印的另一大優勢是增加效率。以前都是先設計樣品,之後購買大量的原材料,批量加工,再批量售出。現在,使用3D打印技術,產品的設計和制造等過程需要的時間和成本都有所降低,因此使得工作效率顯著提升。
(8)打印零部件
有些機械設備的零部件特別貴,3D打印技術可以解決這個問題。通過3D打印機,直接打印出機械設備需要的零部件,顯著降低了生產成本。這一點對制造商來說,顯得特別重要,有效解決了設備設計和生產環節的很多問題。
2、3D打印的技術優勢
3D打印與傳統的制造技術比較而言,在多樣化、效率、成本、空間、便捷、材料、精度、環保等多個方面具有優越的先進性,對各種背景、各種專業、各種行業的生產和制造活動產生非常重大的影響,可以稱之為傳統制造方法的一個重大突破和傳統制造業的一場技術革新。
(1)制造複雜物品不增加成本
傳統技術中,生產成本和商品的結構緊密聯系,結構越複雜,成本就越高。對3D打印技術而言,以上二者之間的關系不大,複雜程度對材料的種類和數量有影響,對成本的影響不大。只要有三維模型,那制造形狀複雜和形狀簡單的商品,所需要的成本、技能、時間基本一樣。因此,3D打印的這個相對低成本的特點,對傳統制造模式帶來較大沖擊。
(2)產品多樣化不增加成本
傳統制造技術中,一個機器能夠生產的產品種類很有限,並且需要額外的工作人員來負責維護,使得機器具有很強的資產專有性。但是,只要擁有產品的三維數據和原材料,3D打印設備可以打印各種尺寸、形狀和種類的產品,而且還不需要工作人員進行額外的維護工作。因此降低了商品的制造成本。
(3)無須組裝
3D打印技術不僅在成本方面對傳統制造模式造成巨大沖擊,而且在制造模式方面也具有明顯的優勢。傳統的制造模式都是在一個成熟的流水線上進行大批量的生產和加工,當產品結構複雜時,流水線需要的設備成本和制造時間都會增加。在3D打印領域,3D打印可以先打印出各個零部件,再由專門的人員負責後續的組裝工作,甚至3D打印技可以直接實現一體化打印,省略掉組裝環節。由此縮短了產品加工的供應鍊,節約了運輸和勞動花費。
(4)即時交付
對企業來說,沒有庫存積累,降低囤貨風險,就能夠降低生產成本。3D打印技術的即時生產手段,幫助企業實現這一夢想。3D打印技術能夠根據消費者的需求進行個性化生產,即滿足了客戶的需求,又減少了企業的庫存,實現了按需分配市場,零庫存、低成本、快速交付的新型交易模式。
(5)突破空間限制
傳統的制造模式用的是減法,並且在產品形狀和尺寸等方面,受到原材料和生產設備的多重限制。以鑄造或鍛造為例,其生產出的產品尺寸比原材料要小。3D打印技術用的是加法,不受到原材料外形和空間的限制,根據三維數據圖案,隨心所欲的打印出各種形狀和尺寸的產品。
(6)零技能制造
傳統的制造模式專業性較強,例如汽車生產線上的工程師,需要進行專業化的培訓之後,才能進入生產線,明顯的專業分工導致教育培訓成本較高。3D打印技術突破了專業化的局限,工作人員只需要掌握3D打印技的使用方法就可以了。因此,3D打印技術實現了零技能制造的全新模式。
(7)便攜制造
傳統的制造模式需要在特定的車間或者廠房進行,但在經濟高速發展的當今社會,土地資源非常珍貴,節約土地資源,能夠明顯降低生產成本,提升企業的核心競争力。3D打印技術的設備集成化較高,便攜性也較高,對生產地點和空間的要求較低,緩解了傳統制造模式對土地資源的需求問題。
(8)更加環保
傳統的制造模式做的是減法,經過在大尺寸的原材料上,進行沖壓、切削、鑽孔等多個環節後,得到符合要求的零件或者產品。而產品之外的部分,則成為大量的餘料,不僅造成資源浪費,而且容易引起環境污染問題。3D打印的加法制造,從無到有逐層堆積原材料,直到得到滿意的產品,該過程中,基本沒有工業垃圾。因此,3D打印技術更加環保。
(9)材料無限組合
傳統制造的主要模式是切削、模具等成型方式,很難將多種原材料融合起來。而3D打印技術能夠自如的將多種材料堆積在一起,增大了產品種類和功能的多樣性。隨著材料技術的發展和粘結技術的進步,3D打印技術還將挑戰各種材料的組合模式,增加產品的獨特性。
(10)精確的實體複制
3D打印技術將數字文件的精確程度妥善保存到現實世界,從而精確的複制了實物原型。通過配合3D打印技術和三維掃描技術,提升實體世界和數字世界二者之間的分辨率,從而制造出更加精確的副本、或者對原件進行優化。
(11)強大的連接功能
傳統制造模式主要依靠焊接實現零件的粘合,但是焊接技術很難在零件之間實現完全對接。以火電、核電、飛機等行業使用的重型機械或者高端機械為例,焊接技術難以保障部件之間的牢固連接。3D打印的產品在生產過程中已經使用了粘結技術,因此無需再次焊接,就實現了零件之間的無縫對接問題,並且具有很好的穩固性。所以,3D打印技術已經優先在以上領域得到認可和快速發展。
以上所述的幾大優勢,很多都已經得到現實世界的證實,並且很有希望被大力推廣。所以說,3D打印技術在制造成本、產品精確度、空間約束、便攜性、環保性能、多樣化制造等很多方面,比傳統模式有顯著的優勢,為新型工業制造帶來希望。
3、3D打印的產業優勢
3D打印由三維實體計算機輔助,直接生產出產品,不僅省略或者減少了毛胚的準備、零件加工、工件組裝等流水線緩解,而且避免使用各種模具或者刀具,以低成本生產出豐富的產品,具有很好的產業化前景。
(1)時間突破
3D打印技術已經在數碼產品、工業設計等方面被廣泛應用,逐漸成為設計的潮流。其採用的成型頭擁有多個噴嘴,具有快速的成型速度,節省了傳統制造過程的一席列流水線環節,提升了產品開發效率。一般情況下,3D打印的效率是傳統制造的3-4倍,因此具有明顯的競争優勢。
(2)適應性強
該技術的強適應性主要體現在兩個方面。第一,環境適應性強。不需要流水線作業涉及的生產設備,且自身具有高集成化結構,使得3D打印技可以在很多場所使用。第二,生產過程適應性強。主要體現在不受原材料尺寸的約束,可以通過做加法而打印出各種形狀複雜,種類繁多的產品。改善了傳統制造技術受到原材料制約的困境。
(3)訂單突破
傳統的訂單生產模式,難以高效的滿足客戶的個性化需求。客戶提出的需求越複雜,傳統訂單生產模式的週期就越長,甚至不能滿足客戶的需求。3D打印技術在這方面具有明顯的優勢。第一,3D打印只需要三維數據模型,就可以生產出形狀和尺寸多樣化的產品,符合客戶的喜好。第二,3D打印可以提供上門服務。將便攜式3D打印設備帶到客戶家裡,直接打印,由客戶監督整個流程,既能滿足客戶隨時可能更改的個性化需求,也提高了客戶對產品的滿意度。第三,無需等待,無需庫存。需要生產產品時,從計算機裡面調出產品的三維數據模型,直接進行打印。
(4)價格突破
3D打印的設備簡單、所需材料少、設備運行費用低,運輸費用低,因此從多個環節降低了生產成本。一方面,採用分層加工的加法方式,很少產生廢棄物,節約了材料的使用。另一方面,生產環節一體化,降低了開發成本。生產成本的降低,是3D打印最具有吸引力的地方。
以上世紀初期美國福特為例,其開發的汽車生產流水線,使得福特T型車的價格僅為950美元,讓汽車走進平民家庭成為可能,開啟了流水線生產的序幕。如今,一台售價為5000元的私人電腦,可能比30年前很多先進計算機的性能要高出很多,所以計算機也走進入平民家庭。所以說,當成本降低,產品的大範圍普及就成為可能。
再來分析3D打印機的價格。10年前,一台3D打印機可以賣到十幾萬美元。現在,一台家用3D打印機(以圖2-22為例)的價格大約為2000美元,可以打印出各種家庭用品、擺設、裝飾品、玩具等。未來5年,3D打印機的價格將降低到400美元左右,真正實現3D打印的產業化。
(5)材料突破
以往的3D打印機,受到原材料的限制,只能打印塑料或者樹脂產品。現在,隨著原材料的不斷發現和3D打印技術的快速發展,3D打印的產品已經擴展到金屬、陶瓷、混凝土、玻璃、細胞、食品等。2013年6月,“新工業革命與增材制造國際研讨會”暨“3D打印國際展示會”在北京展覽館舉辦。會議上展出的飛機構件,由中航工業公司採用3D技術制造,並且已經應用到戰鬥機中,顯示了良好的經濟效益。
(6)種類突破
與傳統制造模式的區別之一,就是3D打印突破了行業限制。3D打印的產品,涉及到制造業、休閑、教育等民生領域,也涉及到醫療設備、國防軍事、航空航天等高科技領域。無論產品多麼複雜,只要擁有三維模型數據和相應的原材料,3D打印就不會讓使用者失望。
本文摘自《3生萬物》
3D打印是什麼?在《西遊記》中有個故事,唐僧師徒來到車遲國,與鹿力大仙賭“隔闆猜枚”。孫悟空鑽將進去,見一個紅漆丹盤,内放一套宮衣,乃是山河社稷襖,乾坤地理裙。用手拿起來,抖亂了,咬破舌尖上,一口血哨噴將去,叫聲“變”!即變作一件“破爛流丢一口鐘”。 “一件宮衣”突然間沒了,出現了一件叫做 “一口鐘”的破舊衣服,這是一個看起來不可能的神話故事,但是現代的3D打印技術卻可以完成這項不可能完成的任務,用特定材料“無中生有”地“打印”出你所需要的東西,包括“破爛流丢一口鐘”。
2014年6月3日,習近平總書記在2014年國際工程科技大會上的主旨演講中指出,“一項工程科技創新,可以催生一個產業,可以影響乃至改變世界。”“3D打印技術”正是這樣一項工程科技創新。2012年,英國《經濟學家》雜志將“第三次工業革命”作為封面文章,全面地掀起了新一輪的3D打印浪潮。對於傳統工業來說3D打印是一次革命,在這次新的革命中,每個國家、每個人都面臨挑戰和機遇,以及無限的發展可能、財富機遇。您可知曉?