3D打印的产业技术优势

2015-02-26 09:16:57

  3D打印技术采用加法式的整体制造方案,颠覆了过去的减法式加工方式。与传统经典的技术比较,3D打印在产品功能、生产效率、制造成本等方面具有显著优势,值得进行大力的产业化推广,促使新一轮产业革命的发生。

  1、3D打印的技术突破

  美国一个名为The Next Web的网站,采访了9位企业创始人,总结性的结论是,3D打印将会形成8个方面的技术创新,并可能实现历史性的突破。

  (1)再无制造产品的概念

      当3D技术普及后,消费者再也不用亲自跑去商店被动选择商品,而是可以根据个人的意愿自行设计商品,再通过网络打印店,把个人想法转为现实。这样的设计和打印环节,成本比直接购买还要低,而商品的涉及领域也更繁多,从机器设备到建筑物、从玩具娃娃到人体器官等等。

  (2)测试想法

  对中小型企业而言,摸清市场规律,了解消费者的个人需求,是其发展企业规模的关键因素。受到企业规模的限制,中小型企业本身不可能通过扩大产品数量来降低生产成本,因此面临成本过高的生存问题。有了3D打印技术,这些企业可以根据消费者的偏好,自行打印产品,降低生产成本。

  (3)在家创业

  传统的商品生产都是在大型的车间或者厂房里,总之是有专门的生产地点。当3D打印技术普及后,设计者不再受到地点的约束,可以在自己家里自行设计产品,通过电脑扫描以后,再交给专业的3D打印企业进行规模化生产。研发与生产实现完美脱离,提高工作效率,增加创业机会。

  (4)工具百宝箱

  小零件和小工具是我们日常生活中不可缺少的一部分,但是因为其体积较小,不易存储,因此我们需要寻找小零件或者小工具,有了3D打印技术,我们可以自行设计出一些常用的但是又很难找到的小零件。例如:水泥钉、螺母、工具刀等等。由此可见,3D打印机将在我们的日常生活中担当工具百宝箱的角色。

  (5)设计样品

  有些高端产品,由于设计和制作成本高,因此价格比较昂贵,一个样品的制造成本接近400美元。当3D打印技术出现后,能够采用低成本,设计出个性化的产品,激发产品设计师的无限创造潜力。因此,3D打印技术由于降低了制造成本,而提高了产品设计创意的水平,给设计制造领域,带来前所未有的改革。

  (6)打印必需品

  以前,我们使用的一些复杂产品,由于部件繁多,组装麻烦,不仅生产效率低,而且价格昂贵。有了3D打印机,成本得到控制,我们可以便捷的制造出自己需要的产品,比如:房子、汽车、机器、生活用品、食品等。

  (7)增加效率

  在低成本和便捷性之外,3D打印的另一大优势是增加效率。以前都是先设计样品,之后购买大量的原材料,批量加工,再批量售出。现在,使用3D打印技术,产品的设计和制造等过程需要的时间和成本都有所降低,因此使得工作效率显著提升。

  (8)打印零部件

  有些机械设备的零部件特别贵,3D打印技术可以解决这个问题。通过3D打印机,直接打印出机械设备需要的零部件,显著降低了生产成本。这一点对制造商来说,显得特别重要,有效解决了设备设计和生产环节的很多问题。

  2、3D打印的技术优势

  3D打印与传统的制造技术比较而言,在多样化、效率、成本、空间、便捷、材料、精度、环保等多个方面具有优越的先进性,对各种背景、各种专业、各种行业的生产和制造活动产生非常重大的影响,可以称之为传统制造方法的一个重大突破和传统制造业的一场技术革新。

  (1)制造复杂物品不增加成本

  传统技术中,生产成本和商品的结构紧密联系,结构越复杂,成本就越高。对3D打印技术而言,以上二者之间的关系不大,复杂程度对材料的种类和数量有影响,对成本的影响不大。只要有三维模型,那制造形状复杂和形状简单的商品,所需要的成本、技能、时间基本一样。因此,3D打印的这个相对低成本的特点,对传统制造模式带来较大冲击。

  (2)产品多样化不增加成本

  传统制造技术中,一个机器能够生产的产品种类很有限,并且需要额外的工作人员来负责维护,使得机器具有很强的资产专有性。但是,只要拥有产品的三维数据和原材料,3D打印设备可以打印各种尺寸、形状和种类的产品,而且还不需要工作人员进行额外的维护工作。因此降低了商品的制造成本。

  (3)无须组装

  3D打印技术不仅在成本方面对传统制造模式造成巨大冲击,而且在制造模式方面也具有明显的优势。传统的制造模式都是在一个成熟的流水线上进行大批量的生产和加工,当产品结构复杂时,流水线需要的设备成本和制造时间都会增加。在3D打印领域,3D打印可以先打印出各个零部件,再由专门的人员负责后续的组装工作,甚至3D打印技可以直接实现一体化打印,省略掉组装环节。由此缩短了产品加工的供应链,节约了运输和劳动花费。

  (4)即时交付

  对企业来说,没有库存积累,降低囤货风险,就能够降低生产成本。3D打印技术的即时生产手段,帮助企业实现这一梦想。3D打印技术能够根据消费者的需求进行个性化生产,即满足了客户的需求,又减少了企业的库存,实现了按需分配市场,零库存、低成本、快速交付的新型交易模式。

  (5)突破空间限制

  传统的制造模式用的是减法,并且在产品形状和尺寸等方面,受到原材料和生产设备的多重限制。以铸造或锻造为例,其生产出的产品尺寸比原材料要小。3D打印技术用的是加法,不受到原材料外形和空间的限制,根据三维数据图案,随心所欲的打印出各种形状和尺寸的产品。

  (6)零技能制造

  传统的制造模式专业性较强,例如汽车生产线上的工程师,需要进行专业化的培训之后,才能进入生产线,明显的专业分工导致教育培训成本较高。3D打印技术突破了专业化的局限,工作人员只需要掌握3D打印技的使用方法就可以了。因此,3D打印技术实现了零技能制造的全新模式。

  (7)便携制造

  传统的制造模式需要在特定的车间或者厂房进行,但在经济高速发展的当今社会,土地资源非常珍贵,节约土地资源,能够明显降低生产成本,提升企业的核心竞争力。3D打印技术的设备集成化较高,便携性也较高,对生产地点和空间的要求较低,缓解了传统制造模式对土地资源的需求问题。

  (8)更加环保

  传统的制造模式做的是减法,经过在大尺寸的原材料上,进行冲压、切削、钻孔等多个环节后,得到符合要求的零件或者产品。而产品之外的部分,则成为大量的余料,不仅造成资源浪费,而且容易引起环境污染问题。3D打印的加法制造,从无到有逐层堆积原材料,直到得到满意的产品,该过程中,基本没有工业垃圾。因此,3D打印技术更加环保。

  (9)材料无限组合

  传统制造的主要模式是切削、模具等成型方式,很难将多种原材料融合起来。而3D打印技术能够自如的将多种材料堆积在一起,增大了产品种类和功能的多样性。随着材料技术的发展和粘结技术的进步,3D打印技术还将挑战各种材料的组合模式,增加产品的独特性。

  (10)精确的实体复制

  3D打印技术将数字文件的精确程度妥善保存到现实世界,从而精确的复制了实物原型。通过配合3D打印技术和三维扫描技术,提升实体世界和数字世界二者之间的分辨率,从而制造出更加精确的副本、或者对原件进行优化。

  (11)强大的连接功能

  传统制造模式主要依靠焊接实现零件的粘合,但是焊接技术很难在零件之间实现完全对接。以火电、核电、飞机等行业使用的重型机械或者高端机械为例,焊接技术难以保障部件之间的牢固连接。3D打印的产品在生产过程中已经使用了粘结技术,因此无需再次焊接,就实现了零件之间的无缝对接问题,并且具有很好的稳固性。所以,3D打印技术已经优先在以上领域得到认可和快速发展。

  以上所述的几大优势,很多都已经得到现实世界的证实,并且很有希望被大力推广。所以说,3D打印技术在制造成本、产品精确度、空间约束、便携性、环保性能、多样化制造等很多方面,比传统模式有显著的优势,为新型工业制造带来希望。

  3、3D打印的产业优势

  3D打印由三维实体计算机辅助,直接生产出产品,不仅省略或者减少了毛胚的准备、零件加工、工件组装等流水线缓解,而且避免使用各种模具或者刀具,以低成本生产出丰富的产品,具有很好的产业化前景。

  (1)时间突破

  3D打印技术已经在数码产品、工业设计等方面被广泛应用,逐渐成为设计的潮流。其采用的成型头拥有多个喷嘴,具有快速的成型速度,节省了传统制造过程的一席列流水线环节,提升了产品开发效率。一般情况下,3D打印的效率是传统制造的3-4倍,因此具有明显的竞争优势。

  (2)适应性强

  该技术的强适应性主要体现在两个方面。第一,环境适应性强。不需要流水线作业涉及的生产设备,且自身具有高集成化结构,使得3D打印技可以在很多场所使用。第二,生产过程适应性强。主要体现在不受原材料尺寸的约束,可以通过做加法而打印出各种形状复杂,种类繁多的产品。改善了传统制造技术受到原材料制约的困境。

  (3)订单突破

  传统的订单生产模式,难以高效的满足客户的个性化需求。客户提出的需求越复杂,传统订单生产模式的周期就越长,甚至不能满足客户的需求。3D打印技术在这方面具有明显的优势。第一,3D打印只需要三维数据模型,就可以生产出形状和尺寸多样化的产品,符合客户的喜好。第二,3D打印可以提供上门服务。将便携式3D打印设备带到客户家里,直接打印,由客户监督整个流程,既能满足客户随时可能更改的个性化需求,也提高了客户对产品的满意度。第三,无需等待,无需库存。需要生产产品时,从计算机里面调出产品的三维数据模型,直接进行打印。

  (4)价格突破

  3D打印的设备简单、所需材料少、设备运行费用低,运输费用低,因此从多个环节降低了生产成本。一方面,采用分层加工的加法方式,很少产生废弃物,节约了材料的使用。另一方面,生产环节一体化,降低了开发成本。生产成本的降低,是3D打印最具有吸引力的地方。

  以上世纪初期美国福特为例,其开发的汽车生产流水线,使得福特T型车的价格仅为950美元,让汽车走进平民家庭成为可能,开启了流水线生产的序幕。如今,一台售价为5000元的私人电脑,可能比30年前很多先进计算机的性能要高出很多,所以计算机也走进入平民家庭。所以说,当成本降低,产品的大范围普及就成为可能。

  再来分析3D打印机的价格。10年前,一台3D打印机可以卖到十几万美元。现在,一台家用3D打印机(以图2-22为例)的价格大约为2000美元,可以打印出各种家庭用品、摆设、装饰品、玩具等。未来5年,3D打印机的价格将降低到400美元左右,真正实现3D打印的产业化。

  (5)材料突破

  以往的3D打印机,受到原材料的限制,只能打印塑料或者树脂产品。现在,随着原材料的不断发现和3D打印技术的快速发展,3D打印的产品已经扩展到金属、陶瓷、混凝土、玻璃、细胞、食品等。2013年6月,“新工业革命与增材制造国际研讨会”暨“3D打印国际展示会”在北京展览馆举办。会议上展出的飞机构件,由中航工业公司采用3D技术制造,并且已经应用到战斗机中,显示了良好的经济效益。

  (6)种类突破

  与传统制造模式的区别之一,就是3D打印突破了行业限制。3D打印的产品,涉及到制造业、休闲、教育等民生领域,也涉及到医疗设备、国防军事、航空航天等高科技领域。无论产品多么复杂,只要拥有三维模型数据和相应的原材料,3D打印就不会让使用者失望。

  

本文摘自《3生万物》


   3D打印是什么?在《西游记》中有个故事,唐僧师徒来到车迟国,与鹿力大仙赌“隔板猜枚”。孙悟空钻将进去,见一个红漆丹盘,内放一套宫衣,乃是山河社稷袄,乾坤地理裙。用手拿起来,抖乱了,咬破舌尖上,一口血哨喷将去,叫声“变”!即变作一件“破烂流丢一口钟”。 “一件宫衣”突然间没了,出现了一件叫做 “一口钟”的破旧衣服,这是一个看起来不可能的神话故事,但是现代的3D打印技术却可以完成这项不可能完成的任务,用特定材料“无中生有”地“打印”出你所需要的东西,包括“破烂流丢一口钟”。
2014年6月3日,习近平总书记在2014年国际工程科技大会上的主旨演讲中指出,“一项工程科技创新,可以催生一个产业,可以影响乃至改变世界。”“3D打印技术”正是这样一项工程科技创新。2012年,英国《经济学家》杂志将“第三次工业革命”作为封面文章,全面地掀起了新一轮的3D打印浪潮。对于传统工业来说3D打印是一次革命,在这次新的革命中,每个国家、每个人都面临挑战和机遇,以及无限的发展可能、财富机遇。您可知晓?

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