3D打印機(jī)如何挑戰(zhàn)傳統(tǒng)制造業(yè)
2019-06-20
近年來，3D打印對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生了重大影響，本文著眼于傳統(tǒng)制造業(yè)的弱點(diǎn)探討如何給增材制造業(yè)一個(gè)擴(kuò)大的機(jī)會(huì)。
傳統(tǒng)制造業(yè)如何運(yùn)作？
傳統(tǒng)工藝：從設(shè)計(jì)師到制造商
你如何把一個(gè)想法變成現(xiàn)實(shí)？幾十年來，這都是一個(gè)古老的故事。工程師設(shè)計(jì)一個(gè)零件并決定它的形狀、材料和其他因素可能會(huì)制造出一個(gè)基本的原型。但在制造最終用途的零件時(shí)，工程師必須找到一個(gè)能夠使零件達(dá)到專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模的制造商。零件可以在任何地方設(shè)計(jì)，但制造它們需要滿工廠的機(jī)器。
根據(jù)制造的零件，制造商可以使用任何數(shù)量的制造工藝來制造。他們可以使用機(jī)械加工，將一塊金屬切割成所需的尺寸和形狀；他們可以將金屬板彎曲并沖壓成新的形狀；他們可以使用鑄?；蚬ぞ邚囊簯B(tài)塑料中制造大量零件。
像這樣的傳統(tǒng)制造工藝是非常有用的，并且將持續(xù)使用多年。但是，它們也有缺點(diǎn)。
傳統(tǒng)制造業(yè)的弱點(diǎn)
廢料
附加設(shè)備
熟練勞動(dòng)力
減法制造是傳統(tǒng)制造技術(shù)中最常見的一類。此術(shù)語用于描述采用無模板材料塊并通過切割將其減少到所需形狀的工藝。減法制造最常見的形式是數(shù)控加工。
但是，盡管減法制造對(duì)于使用高質(zhì)量的材料是很好的，但它并不總是有效的。這是因?yàn)橛脺p法制造零件必然需要多余的材料：起始?jí)K或“工件”必須比最終零件大，因?yàn)楣ぞ咦罱K會(huì)將其縮小到一定尺寸。被切斷的一切都變成了浪費(fèi)。
此外，傳統(tǒng)的制造工藝通常需要額外的設(shè)備。鑄造過程需要工具和模具，這些工具和模具需要時(shí)間和金錢來制造，但最終在工作完成或達(dá)到其壽命時(shí)會(huì)被丟棄。
最后，實(shí)際安裝和操作這些傳統(tǒng)制造的問題很小。傳統(tǒng)的機(jī)器通常占用大量的空間，這就需要大量的工廠空間，而這些空間的租賃或購(gòu)買成本很高。雖然有些過程（例如CNC加工）是由計(jì)算機(jī)控制的，但許多過程需要熟練的機(jī)械師手動(dòng)操作。所有這些問題都阻礙了企業(yè)進(jìn)入傳統(tǒng)制造業(yè)。
3D打印是如何出現(xiàn)的？為什么會(huì)出現(xiàn)？
在20世紀(jì)80年代，一些事情發(fā)生了變化，這將永遠(yuǎn)的改變制造業(yè)。查克·赫爾，一位來自科羅拉多州的工程師和物理學(xué)家，發(fā)明了一種利用激光將光敏樹脂變成固體形狀的系統(tǒng)。他的系統(tǒng)關(guān)鍵要素是什么？一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)使樹脂能夠在“層”中固化，并創(chuàng)建由單個(gè)二維切片組成的三維形狀。他稱他的系統(tǒng)為“立體光刻”，并把它建立了3D系統(tǒng)。
盡管赫爾在桌面涂層的特定領(lǐng)域工作時(shí)創(chuàng)造了立體光刻技術(shù)，但他很快意識(shí)到自己創(chuàng)造的巨大潛力。使用不同的材料，該工藝可適用于各種應(yīng)用。不久之后，諸如選擇性激光燒結(jié)和熔融沉積建模等不同的分層過程開始出現(xiàn)，極大地?cái)U(kuò)大了后來被稱為3D打印的范圍。
3D打印制造技術(shù)是經(jīng)過20多年的發(fā)展和適應(yīng)，但直到2000年代末，3D打印才在全世界廣為人知。這在很大程度上要?dú)w功于向消費(fèi)者銷售的入門級(jí)機(jī)器的發(fā)展。由于這些機(jī)器的成本只有幾千美元，更大的人口獲得了使用這項(xiàng)技術(shù)的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致3D打印的使用更加折衷。
3D打印機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)之一是什么？它們可以設(shè)置在幾乎任何地方，操作相對(duì)容易，允許小企業(yè)開始打印產(chǎn)品，而無需找到專門的制造商來幫助它們。與此同時(shí)，大型制造商開始廣泛實(shí)施高端3D打印機(jī)，利用它們來制造原型和專用部件。
3D打印對(duì)當(dāng)今世界有何影響？
盡管立體光刻技術(shù)仍被廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)在3D打印技術(shù)涵蓋了一系列更廣泛的技術(shù)，可用于打印塑料、金屬和其他材料。純粹的技術(shù)范圍和價(jià)格點(diǎn)意味著3D打印現(xiàn)在被用于各種行業(yè)，包括汽車、航空航天、醫(yī)療保健、消費(fèi)品、設(shè)計(jì)和時(shí)尚。
3D打印如何改變制造業(yè)？
3D打印在很多方面影響了制造業(yè)。例如，從工程的角度來看，它為構(gòu)建物理對(duì)象提供了一種全新的方法：一層一層地自下而上的方法使3D打印機(jī)創(chuàng)建具有獨(dú)特幾何圖形和復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件。某些機(jī)器允許同時(shí)打印材料組合，并且該過程的“添加”性質(zhì)解決了與減法制造相關(guān)的浪費(fèi)問題。
但3D打印對(duì)制造業(yè)的最大影響或許是它打破了進(jìn)入壁壘的方式。許多3D打印機(jī)占用很少的空間，不需要更多的設(shè)備，幾乎可以自動(dòng)操作。通過這種方式，他們有效地實(shí)現(xiàn)了制造過程的民主化，允許任何人在沒有重大投資或加工技能的情況下開始制造零件。
傳統(tǒng)的制造工藝不可能很快消失，但3D打印創(chuàng)造了全新的制造理念。
