3D打印 VS 传统制造技术

Stratasys 推出的3D Demonstrator 能显著提升打印能力，并且在这一模块化的单元中，每台打印机被一个基于云的中央架构控制，彼此之间都能够进行实时通讯，无需为零件或工种的切换而停下。另外，采用的FDM 技术（熔融沉积成型）也消除了诸如用于零件固化的SLA（立体光固化成型）等过程。

3D打印现已开始进入批量生产的队伍。波音（Boeing）就凭借3D打印生产超过200个飞机零部件，空客（Airbus）则将在明年实现每月3D打印超30吨的零部件，再来看近年来频繁布局3D打印的通用（GE），其LEAP喷气发动机早已用上了3D打印的燃油喷嘴。最近还有消息称，Stratasys集团旗下的Formlabs（最大的桌面级SLA 3D打印机厂商）推出了自动化生产系统来替代之前生产企业各自通过3D打印机搭建起的平台。这令3D打印开始在大规模生产中崭露头角。

近来，有文章讨论了3D打印对于汽车、航空航天、电子以及游戏等多个行业带来的颠覆性影响。的确，现在所看到的3D打印的未来前景一片大好，但是现有的技术并不足以替代传统的加工技术。Integrated Composite Products Inc.（ICP）公司的首席科学官Ron Hawley随后举例说明：传统意义上，四轮车大都由金属材料所制，制造商们在加工过程中通常需要使用铣削以及折弯设备，似乎这样的步骤才是合乎常理的。然而，在循规蹈矩的同时，你还需要面临——随着销量的增长，必须更快地跟上市场需求。假设铣削一个零件需要20分钟，再通过热固工艺进行成型，这又花去了5分钟。在这个例子里，“按时”完成订单远比减重或降本来得优先。

“但假如你每年需要制造20万个零件，就不可能一味地依靠热固成型工艺了，”Hawley继续说道，“接着上述例子的加工数据来计算，你每年只有10万个5分钟，这无疑在20万个零件面前显得杯水车薪。”而具备热塑性的材料倒是适用于大批量生产，热塑性材料的快速制造能降低整体和设置时间。这些特性的零件还能够在不到1分钟的时间里完成成型。

3D打印可以制造复杂的零件，并且在过去的几年里应用于3D打印的材料也在不断拓展。然而，当遇到数十万件工件的订单需求时，“快”总能出奇制胜。因此，在新技术不断发展的同时也要注重提升3D打印的加工速度。譬如惠普公司（HP）推出的被誉为杀手级的多射流熔融技术（Multi-Jet Fusion），宣称较其他3D打印机有十倍的速度提升。该技术能带来更高的打印精度，打印的颜色比任何一台竞争对手都准，而且要准不少。在此前，惠普就提出要解决 3D 打印机的两个诟病，一是打印速度慢，看着就像等冰融化一样；第二则是精度低、质量差。

而来自美国的初创企业Carbon公司作为3D打印领域的一匹黑马，则推出了一种前无古人的3D打印方式——“持续液态界面生产”（CLIP： Countinuous Liquid Interface Production），利用光和氧气固化光敏树脂。其首款工业级3D打印机M1，更是拥有超出一般产品25-100倍的打印速度，性能非常惊人，能够实现每小时打印200-350mm，非常接近航空航天级水平。同时还能支持多种材质，如酯基氰酸酯树脂等，可以通过高达219摄氏度的高温成型，适用于电子、汽车等不同行业。

多射流熔融技术（Multi-Jet Fusion）能够生产复杂的部件，如具有夹子功能的铰链。

这太棒了，尤其对那些选择3D打印为最佳加工方案的“特殊工件”意味着可以省下不少费用。不过当你需要在不到1分钟的时间里完成注塑成型的话，显然3D打印并不具备优势。

专注于3D打印技术方面的咨询公司Senvol已经找到一些方法去缩小3D打印与传统制造之间的差距，甚至思考3D打印的竞争优势。该公司通过七条专注于增材制造解决方案的供应链，在其数据库及算法中展示3D打印用不同方式为企业带来的增值。

使用传统的制造工艺生产液压模块通常效率低下，但是3D 打印就不同了，它在该类零件圆角处的性能表现优异。此外，还能减轻整体重量。雷尼绍（Renishaw）制造的Ben Ainsile 车队路虎（Land Rover）赛车上的液压零件，虽然没有透露太多的细节，还是可以看到使用了增材制造技术来进行进气管设计，实现了减重60%，而性能因此提升了20%。

● 高昂的制造成本：如果零件本身是较为复杂的几何形状或高昂的固定成本导致的价格居高不下，又或者产品的批量较小，3D打印会是更具成本效益的方法。

● 冗长的生产周期：如果由于零件本身的生产时间造成高昂的停机成本，3D打印不失为一种不错的解决方案。

● 高昂的库存成本：3D打印可以按需生产，降低库存成本。

● 单一供应商：一旦零件可以通过3D打印来制造，也就意味着公司不再需要周旋在多家供应商之间。

● 远距离交付：当地域限制给零件交付带来困扰，现场直接进行3D打印的交付方式可以解决这一问题。

● 高昂的进/出口成本：现场3D打印生产同样也能消除原本高昂的进/出口成本。

● 改进的功能：3D打印能够通过重新设计零件来提升性能，由此将收获更多的利润及市场份额。

为了回应上述这些特点，知名咨询公司麦肯锡（McKinsey）在发表文章中提到，3D打印可能在如下5个方面产生的颠覆性影响，高层管理人员应该为此做好准备。

● 加快产品开发周期；

● 新的制造战略和设施；

● 利润来源转移；

● 新功能；

● 颠覆性的竞争者。

3D打印无疑为那些通过缩短产品上市周期而获得竞争优势的企业，争取了更多在更新换代过程中的“时间”，这些优势同样也在渗透并影响终端用户的产品。通常，小批量、高价值、高复杂度，以及/或劳动力成本高的零件可能具备一定的优势。而对于耗费高劳动力成本的零件，3D打印可以减少或消除装配时间，并使构建过程自动化，从而减少整体成本。这些新功能可以用来改进零件的性能从而提升其价值。在Formlabs的一个案例中，3D打印降低了40%的零件总体成本。

全球最大的直升机制造商贝尔直升机（Bell Helicopter）借助3D 打印技术改进了零件内部整体的气流影响，并且能将零件的编号直接打印上去。这在滚塑成形工艺里是无法实现的。

3D打印技术的其中一项有用的功能是在不增加成本的前提下实现零件的定制化/人性化制造，当然这也是受到了第三方需求的驱动。这一功能的实现无疑能够为公司带来收入的新增长点，同时也能减缓市场波动、季节性因素等造成的负面影响。在很多情况下，添加必要的安全警示，零件编号，在零件上附以标签说明的方式给出加工指令都能令3D打印技术更好开展工作。

了解3D打印技术所提供的新功能也为设计打开了新思路。由于传统的铸锭或铸造加工技术有限，零件的形状也会比较单一。而3D打印则能在塑形方面一展所长。工程师需要以创造性的思维解锁3D打印技术的这些优势，譬如多个部件可以3D打印成一个零件，内部结构可以是复杂的几何形状等。

所有这些裨益都将在带来新收入的同时降低成本。它缩短了产品上市时间，承担模具和制造工具的双重角色，甚至能够生产可直接使用的零件。麦肯锡还指出，3D打印技术的渗透可以满足利基市场、零部件定制、快速交付或者一些市场应用的深入。今后，不少企业的竞争优势也将从先前以低成本、大批量的模式转向更注重价值链领域的能力发展。在这种情况下，3D打印技术将为需要在数秒内生产一个零件的需求提供支持，并将在应用领域遍地开花，但需要明确的是至少目前这项新技术还不足以完全替代传统制造工艺。