3D打印炒作固然多,但它正在成为制造业的主流 - 纳金网

在公司总部设在明尼苏达州Eden Prairie的RedEye公司，通过检查窗口看一眼近100个正在静静工作的三维（3D）打印机，你可以窥视今后的工厂将如何运作。它们有的大如送货车，昼夜运行，只是极少数的技术人员参加，这真不简单。相反，他们正在显示这个革命性的生产过程如何进入制造业的主流。

3D打印机用一个特定的材料一层一层地建造产品而不是通过切割，钻孔或加工来削减原材料，这就是为什么的过程也被称为增量制造。有许多方法可以做到这一点，只要调整一下软件，每一个产品可以是不同的，而不需要昂贵的再加工机器。这使得3D打印成为制造一次性产品流行方式，尤其用来制造原型件，实物模型，小工具和手工艺品。

对于（3D打印）持怀疑态度的人来说这是所有3D打印机的优点了，全球最大的电子产品合同制造商、在中国制造众多苹果产品的厂商——富士康的老板郭台铭就是其中的主要人物。他认为， 3D打印对于真正的成品制造没有任何商业价值，仅仅是“噱头”，他发誓如果证明是错误的，要倒着拼写他的名字。

郭台铭（或者应该说UOG ）是说对了一点：增量制造业不会取代大规模生产。尽管其技术在不断改进，一些打印物品的光洁度和耐久性能仍然满足不了生产需求，3D打印机也不能大规模生产线一样低成本制作不计其数的标准部件。然而，3D打印机有他们的有点，这就是为什么一些世界上最大的制造商，如空中客车，波音，通用电气，福特，西门子等开始要使用3D打印机。

3D打印机和服务的市场虽小，但增长迅速。根据咨询公司——Wohlers Associates估计，3D打印全球市值去年是价值2.2十亿美元，比2011年同比增长29％。随着生产者对（3D打印）技术变得更加熟悉，3D打印正在从原型转化到最终产品，Wohlers估计去年超过25％的3D打印市场涉及到最终产品的生产。

其中的一些部件是使用RedEye的打印机打印的，在许多情况下，它们是小批量的产品，如用于构建专门药物或造纸设备的组件。其他产品，如3D打印的工具和夹具，实际上会提高大批量生产效率：宝马公司的装配线工人设计和打印的自定义工具，使其更容易地去把握和定位部件。 3D打印的塑料模具和母模正在帮助建立和试验新的生产线。一些这样的打印部件甚至被用作坏的钢质工具的临时替身，（原型替换）可能要花几周的时间。

3D打印难以找到的备件，在这种情况下帮助美国大型航空公司的一些飞机重返天空，老的麦道MD -80飞机经常因为厕所漏水而无法运营，这些飞机早已经停产，航空公司苦苦寻找备件，现在它的新的管道可以用航空航天级塑料（不易点燃或燃烧不会产生有毒烟雾）3D打印出来。

由于3D打印机的改善和打印材料的提升，原型的质量和光洁度与传统的工厂制造的越来越难区分，Tim Thellin ，EedEye的经理说。尽管围绕桌面3D打印机的炒作旨在爱好者和消费者，但是工业级打印机，正承担着对于传统的方法如塑料注塑成型来说非常棘手的、最困难的工作，而这种大型项目的需求在增长。Thellin先生说，其中一个例子是专业汽车车身控制面板，有复杂的形状，组成的单个组件需要进行精确的组装。

一些RedEye的3D打印机的观察窗被盖上，因为这些机器在制造国防有关的产品，或者他们的工作是商业敏感的。一个可以观察的是正在打印RedEye的母公司， Stratasys公司生产的3D打印机的零件。它和另一家公司——3D Systems，是3D打印机的市场领导者。

3D Systems公司，总部设在南卡罗来纳州，也有大量的3D打印机正被用于生产成品的例子。早期采用该技术一直是医疗保健行业，因为每一个病人是不同的，这一个领域中需要大量的定制。数以百万的助听器外壳通过扫描病人耳道来3D打印，凯茜·刘易斯—— 3D Systems公司的首席营销官说。最初的外壳通过3D打印的模具制造，随着不刺激皮肤的生物相容性打印塑料的发展，现在直接打印。

在另一个例子中， 3D Systems公司曾与加利福尼亚州圣何塞的Align技术合作，使用透明塑料匹配矫牙来取代金属牙套矫正牙齿。，而是对准套的 “光刻机” 。扫描患者的口腔用来制定治疗计划，这反过来又产生一个数字文件，该文件用于3D打印一组中的20个左右的模具，每个模具都略有不同，并依据他们制作一系列透明塑料牙套。在佩戴的几个月内，每个牙套稳定地把患者的牙齿移动到所需的位置。去年Align 3D打印了1千7百万的牙套。

航空航天工业由于制造量对较低也拥抱3D打印技术，零件生产往往是非关键项目，但是现在不同了。即使F-18在3D打印技术普及之前已经服役了二十年，今天，一个典型的F-18战斗机可能包含约90 3D打印部件。这是因为部分的驾驶舱和冷却管道采用3D打印的零件进行更换。3D System表示：F-35飞机，美国新服役的攻击机，大约有900部件已经确定适合增量制造。

世界上最大的制造商，美国GE，毫不怀疑从能源到医疗保健的众多领域中增量制造的重要性。它打算极可能多的保持该技术，以确保竞争优势。在2012年11月GE买下Morris科技——总部设在辛辛那提的一家提供增量制造服务行业的领导者之一。除其他领域外，Morris已经能够制造无人机的轻质部件。吸引了GE的是它的技术潜力，生产通过传统方式很难制造的、复杂的，轻质的组件。预计到2020年GE会为其喷气发动机打印成千上万的零件。

所有这一切无一例外在中国发生着，随着国家的劳动力成本增加和一些离岸生产移回美国和欧洲，北京的官员把增量制造看成提升自己的制造基地竞争力的一种方法，虽然3D打印技术还不如美国先进，但中国有很大的野心。

3D打印与中国大量的传统的工厂相配合，例如北京龙源电力自动化制造系统公司，使用3D打印的一种形式——激光烧结，生产经过特殊处理的铸造砂模，然后采用传统的铸造方式铸造金属零件。3D打印技术的使用意味着可以在数周而不是数个月生产原型车发动机需要的所有部件。

一些世界上最大的3D打印机可以在中国找到。采用3D打印量身定做的宇航员座椅，在波音公司和空中客车公司的短途飞机领域的中国竞争对手工作的工程师，正在使用巨型3D打印机，其中一个由12米长，打印钛金属部件（包括机翼备件和机身框架）。

通过能够在组件上或其中直接印刷电路的系统，3D打印作为生产工具的价值将进一步加大。在一家英国公司GKN Aerospace，迪斯尼和施乐公司正在尝试这样的工艺。在与英国Warwick大学的一个联合项目中， GKN开发了称为“carbomorph”的可打印材料，它有压阻属性，意味着被挤压时，其电阻会变化，它可用于打印功能开关，按钮和传感器。

总部设在阿尔伯克基的Optomec ，已经发布了一个打印电子产品方法，被称为Aerosol喷射。这是通过雾化导电材料液体形成一个密集的气溶胶，然后通过鞘气体聚焦成为一束沉积各个层上。它可以产生电路和元件，包括电线，电阻器，电容器和半导体，小到10微米（一微米是百万分之一米）。Optomec正在把LED照明打印到壁纸上，控制电路打印到一个小型无人驾驶飞机的翅膀上（无人机由Stratasys公司3D打印）。

该公司还正在与多家手机制造商合作，直接在手机上进行电路打印。最新的智能手机有多个蜂窝无线电的接受装置，WiFi，蓝牙，GPS等等，它们通常是由污染环境的化学方法电镀制造，Optomec可以使用导电银墨直接打印出来，试用系统最近被安装在中国的生产线上。

Optomec的发展实验室总监迈克尔·雷恩预测：最终将有可能直接打印产品的大部分电器元件。但是，虽然该系统可以打印晶体管，从而有可能产生的逻辑电路，它不能打印微处理器和其他芯片中数十亿的微小的晶体管。这些芯片将仍然需要惯常的方式制造，并植入了3D打印产品。雷恩博士指出，他可以用他的Areosol喷射技术来连接它们。

增量制造还有其他的限制，它可能会很慢——需要花费几个小时打印，比如打印一个汽车的控制面板。但速度是相对的，相对大型生产运行可能太慢，但相对于在车间需要几个星期才能做出的一次性部件，其速度是很不错的了。

打印材料成本也很高。丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯，通常称为ABS，是最常见的3D打印材料。使用塑料注塑成型的大规模制造商买散装的ABS的价格可能会是约$ 2/公斤，但作为一个定制的3D打印丝材，它成本为$ 80/公斤，一个波士顿跟踪新兴技术的公司——Lux Research的安东尼.维卡里斯表示。

价格差异的部分是由于3D打印需要更高标准的纯度和材料组合，但大多是因为与2D喷墨打印机的油墨一样，3D打印机制造商要求用户从他们那里购买材料而虚标价格。维卡里先生认为，这一战略是不可持续的，不利于企业作为第三方供应商进入行业。此外，一些大的制造商，如GE ，正在开发不依赖于一个单一的设备或材料供应商的定制的3D打印系统。

麦肯锡全球研究所最近的一份报告上指出，价格的下跌和竞争的加剧一直刺激的3D印刷行业的发展，在2009年一些早期的“熔融沉积成型”（FDM）专利的到期，会导致某些打印机的价格下降到1000美元以下。

随着规模壮大，该行业正在确立其地位。去年（2012）Stratasys公司与以色列Objet公司合并，并于6月公司收购了总部设在布鲁克林的MakerBot 。在七月3D Systems收购一家法国金属激光烧结厂商Phenix Systems的81％股份，这（选择性金属激光烧结）是一个欧洲的专业领域（激光烧结中的佼佼者，是德国EOS ）。可能在2014年开始另一个阶段的创新和竞争，因为一些激光烧结的专利将到期，因为激光烧结能够打印塑料，金属和陶瓷，具有更高的精细度，它经常被用来制作成品，而不是单纯的原型。

同时，通过服务提供商如总部设在纽约的Shapeways、总部设在法国的Sculpteo、总部设在比利时的Materialise公司，打印变得更容易获得，人们可以没有自己的设备也可以根据数字化的设计按需打印。他们为外科医生打印医疗植入物，为建筑师打印建筑模型，为室内设计师打印灯罩，为衣柜设计者定做旋钮和工业机器人的部分配件。

如果富士康的郭台铭对他自己的生产线有一点烦恼的话，这些服务商或许能够提供帮助。Sculpteo的老板Clément Moreau讲述了故事，一个大型的中国制造商建立一个新的生产线，却发现它缺少一些本应该向注塑工厂订购的小的塑料件，面对数周的延迟，他寻找3D打印来替代，Sculpteo用自己的方式生产，在几天之内向中国交付了首批5000个配件。这是又一例证说明3D打印不是与传统制造也在竞争，而是补充和融合，来使新事物成为可能。当3D打印可以前来救援的大规模生产时，它在未来的工厂的地位得到了保证。