1.2.3 3D
打印的应用现状

前面介绍了3D打印的诸多优点,正是这些优点才点燃了全球第三次工业革命的导火索。然而,3D打印的应用刚刚开始全面普及,肯定也存有很多不完善的地方,比如制造精度相对较低、制造简单结构部件的速度较慢等等。如图1.2.3-1所示给出了3D打印技术的详细优劣势。

1.2.3-1  3D打印技术进行优、劣势比较分析 (来源:华泰证券的行业调研)

从上图可以发现,当前的3D打印技术其实更适合于个性化定制需求较多、产品更新换代较快的市场环境,可使得从设计到推向市场的时间(包括样件制造、实验测试、模具制造)大幅缩短。3D打印将会越来越广泛地应用于产品开发设计阶段的原型(样件)制作、辅助工具制造(如模具)、直接生产高度定制或技术复杂的小批量产品。

3D打印需要依托多个学科领域的尖端技术,至少包括信息技术、精密机械和材料科学三大技术。通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合,在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用,在工程和教学研究等应用领域也占有独特地位。具体应用领域至少包括以下几个:

²  生物医疗:用于制作人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。

²  航空航天、国防军工:用于直接制造复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件。

²  消费品:珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造。

²  文化创意和数码娱乐:通过设计形状和结构复杂、材料特殊的作品来进行艺术表达。3D打印的小提琴已接近手工艺的水平。

²  工业制造:用于产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证;制作模具原型、直接打印模具甚至直接打印产品。3D打印的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世。3D打印的家用器具模型,也被用于企业的宣传、营销活动中。

²  建筑工程:建筑模型风动实验和效果展示、建筑工程的施工模拟。

²  教育:打印模型来验证科学假设,用于不同学科的实验和教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校,3D打印已经被用于教学和科研。

如图1.2.3-2所示给出了3D打印具体应用于各个行业时的优势发挥和局限程度。

1.2.3-2  3D打印具体应用于各个行业时的优势发挥和局限程度 (来源:华泰证券的行业调研)

新产品的原型制造是目前3D打印最主要的商业应用,约占70%的3D打印市场。原型使设计师(和他们的客户)可以在设计阶段早期触摸和测试设计理念或功能实现。从而避免了后续变更造成的昂贵代价,为新产品上市节省了大量的时间和金钱。以赤石(Akaishi)──日本的一家保健鞋和按摩设备制造商为例。该公司发现,通过3D打印原型,新产品从订货至交货的时间缩短了90%。并且使设计师在产品上市前就对功能有100%的信心。原型还有利于实验和创新。例如,使用3D打印技术,贝尔直升机公司可以在数天内完成新设计的测试,而使用传统方式需要花上数周。

在某些行业中,3D打印已经从原型制造发展为直接零件生产,也称为直接数字化制造。EOIR技术公司是一家领先的防御系统设计和开发公司,使用3D打印机制造坚固耐用的坦克外置设备。自从引入3D打印技术后,该公司的制造成本从原来的单件10万美元以上,下降到如今的40,000美元以下。再例如,在航空航天领域,空中客车通过3D打印来制造金属机翼支架,如下图1.2.3-3所示,由于3D打印可以毫不费力地制造内部任意复杂中空的形状,使得部件重量较轻,飞机的重量也随之减轻,从而节省了燃料。

1.2.3-3  空中客车3D打印的金属机翼支架,比传统机翼支架更轻盈 (图片来源:CSC

3D打印是一种数字化技术,而不仅仅是一种制造技术。它所具有的开放性和大众性,为创新搭建了舞台。它使制造业的门槛降低,点燃了从公司到大众的创造力,为伟大的全球第三次工业革命的到来铺平了道路。