3D打印技術(shù)并不是一項(xiàng)新興的技術(shù)，它誕生于上個世紀(jì)80年代中期，算起來已經(jīng)有近三十年的歷史了。但是這項(xiàng)技術(shù)走進(jìn)大眾的視野，被人們熟知還是最近幾年的事情。剎那間各種宣傳見諸報端，3D打印也被賦予了各種歷史使命：“開啟第三代工業(yè)革命”、“顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)”、“改變游戲規(guī)則”……摘去這些光環(huán)，今天，讓我們回過頭來看，3D打印究竟如何改變現(xiàn)有產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)方式？面對傳統(tǒng)制造業(yè)，這項(xiàng)技術(shù)究竟應(yīng)該充當(dāng)怎樣的角色？ 

    與傳統(tǒng)制造互補(bǔ) 

    “3D打印在過去幾年增長速度可以用‘驚人’二字來形容，速度非?？?。今天，3D打印主要應(yīng)用在快速原型領(lǐng)域，同時也用來做終端產(chǎn)品，也就是快速制造領(lǐng)域。無論是在哪一個領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)都有足夠大的空間和潛力去發(fā)展，‘第三次工業(yè)革命’、‘顛覆制造業(yè)’等等這些都是不同角度的人的看法。”Stratasys大中華區(qū)總經(jīng)理汪祥艮在第十五屆中國國際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會（DMC2014）期間接受媒體采訪時表示。 

    以塑料模具行業(yè)為例，今天的模具行業(yè)主要服務(wù)于大批量的生產(chǎn)，比如絕大部分塑料制品都需要通過模具采用注塑成型的方式生產(chǎn)出來，這種方式節(jié)奏快、產(chǎn)量大、生產(chǎn)一致性高，這也是工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。比如一個普通的塑料飯盒可能只需要幾十秒的時間就可以注塑成型，一些小的塑料件還可以采用多型腔模具，一個循環(huán)周期可以低到幾秒鐘，一次可以生產(chǎn)幾個，甚至幾十個產(chǎn)品。相對來說，通過3D打印生產(chǎn)一個產(chǎn)品動則需要幾個小時，甚至幾天的時間，這樣的周期如何適應(yīng)追求高效率、高節(jié)奏的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)方式呢？ 

    “大批量生產(chǎn)是一種主流的生產(chǎn)方式，但是還有相當(dāng)多的小批量、個性化定制的產(chǎn)品，以及相對比較復(fù)雜的設(shè)計，通過傳統(tǒng)模具工藝無法實(shí)現(xiàn)或花費(fèi)時間較長、成本較高，甚至在工藝上很難實(shí)現(xiàn)，或者實(shí)現(xiàn)不了的產(chǎn)品，可以通過3D打印來實(shí)現(xiàn)。”汪祥艮進(jìn)一步解釋道。“有了3D打印，設(shè)計師可以充分發(fā)揮自己的想象力，不需要在工藝方面有任何顧慮，只要有設(shè)計創(chuàng)意，能夠建模，就可以通過3D打印把這個模型或者說終端產(chǎn)品制作出來。所以從這個角度來說，3D打印與傳統(tǒng)模具制造是一個非常好的互補(bǔ)。” 

    舉例來說，香港華美塑膠模具有限公司便采用Stratasys公司的Fortus 400mc系統(tǒng)為其航天業(yè)的客戶生產(chǎn)一些緊急的零部件。這些零部件大部分均由Stratasys的ULTEM 9085材料制成，具有強(qiáng)度高、輕巧、耐熱度高、阻燃等優(yōu)勢，完全滿足航空航天的相關(guān)要求，因此用這種材料打印出來的零部件可以完全用于飛機(jī)上。“此外，在車間里產(chǎn)線上的工裝夾具，比如需要做流程上的改進(jìn)，這些改進(jìn)可能是工人師傅自己的想法，并沒有在外面進(jìn)行推廣，就可以通過3D打印制造出來使用，這也是所謂的終端產(chǎn)品。”

    香港華美塑膠模具有限公司通過3D打印技術(shù)打印的航空零部件，直接用于飛機(jī)上。

    所有這些應(yīng)用都可以看出，3D打印并無法在生產(chǎn)節(jié)奏和大批量方面與傳統(tǒng)制造相提并論，而能夠發(fā)揮3D打印優(yōu)勢的是那些小批量、個性化，或者說有特定需求的產(chǎn)品制造領(lǐng)域，比如醫(yī)療（骨科和齒科）、航空航天及賽車等領(lǐng)域。

澳大利亞臥龍崗大學(xué)通過3D打印賽車用進(jìn)氣歧管

    快速成型為主 

    當(dāng)今社會，激烈的市場競爭和快速變化的社會需求大大縮短了產(chǎn)品的生命周期，產(chǎn)品的更新?lián)Q代加快，生產(chǎn)企業(yè)面臨更大的壓力，需要以更快的速度將產(chǎn)品推向市場。3D打印在縮短產(chǎn)品研發(fā)周期方面可以發(fā)揮重要的作用。通過3D打印實(shí)現(xiàn)的快速成型（rapid prototyping）省去了研發(fā)階段用于生產(chǎn)物理模型的模具的制作，不僅節(jié)省了時間和成本——模具的制作需要較長的周期和高昂的費(fèi)用，還大大簡化了整個設(shè)計流程——如果有改變可以馬上在電腦里調(diào)整，很快又可以打印出新的產(chǎn)品，如此反復(fù)實(shí)驗(yàn)直至達(dá)到要求。 

    事實(shí)上，3D打印技術(shù)在出現(xiàn)的最初階段其目的主要用于樣品的制作（快速成型），滿足視覺（即視感）以及觸覺等感官方面的需求，而快速制造可以算作是技術(shù)進(jìn)一步提升（打印時間、精度及材料物理性能等）后的新的應(yīng)用拓展。汪祥艮表示，目前3D打印主要用于快速成型，該應(yīng)用占整個3D打印的80%以上。 

    比如保溫食品和飲料容器制造商Thermos（膳魔師）公司自采用了Stratasys公司的Dimension® 3D打印機(jī)后，整個設(shè)計流程得到了大大縮短。以往，該公司設(shè)計團(tuán)隊常常將原型制造外包，需要耗時3-5天的時間，而現(xiàn)在，他們可以以更低的成本，更快地創(chuàng)建出所需原型，耗時往往只需數(shù)小時，甚至幾分鐘，而成本僅為外包成本的五分之一。

正式生產(chǎn)杯蓋前，Thermos工程師利用3D打印原型測試其灌注性能

    除了縮短制作周期和降低成本外，3D打印還可以幫助Thermos制作出更好的產(chǎn)品。“我們可以隨心所欲制作所需原型，直至產(chǎn)品水平達(dá)到我們的目標(biāo)為止。這讓我們能夠盡可能改善杯蓋塞的嚙合度，以及杯子的灌注性能，”該公司研發(fā)工程師表示。 

    再比如在齒科領(lǐng)域，如果需要種植一顆牙或做一副牙，目前的做法是采用石膏模，讓患者咬一下，然后進(jìn)行修改，這樣做不僅很痛苦，而且時間較長。“現(xiàn)在完全可以做到數(shù)據(jù)化，用手持口腔掃描儀采集數(shù)據(jù)，然后通過3D打印機(jī)把牙齒打印出來，這樣可以得到非常精確的數(shù)據(jù)，有了這個之后便可以去做牙模，然后再回到傳統(tǒng)工藝做出牙齒。”汪祥艮解釋道。 

    材料是門檻？ 

    當(dāng)3D打印技術(shù)不斷發(fā)展，從最初滿足觀感（造型和色彩），到觸感（軟硬），再到功能性需求的發(fā)展過程中，材料無疑起到了一個非常重要的作用。在材料成型后，還要解決工程應(yīng)用所面對的材料性能問題，比如防腐、強(qiáng)度和硬度等。這就對打印材料提出了更高的要求。如果新的材料可以達(dá)到通過傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的性能，3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域還將得到更進(jìn)一步的拓寬。 

    有市場調(diào)研報告稱，目前的3D打印材料市場還處于一種不成熟的階段，高端打印材料基本由3D打印制造商控制。他們通過對自己的材料進(jìn)行加密而對打印材料進(jìn)行捆綁，讓用戶無法選擇其他材料。正如目前平面打印機(jī)廠商主要通過打印墨盒來鎖定利潤一樣，3D打印廠商采用這種方式來維持長久的利潤來源也是無可厚非的。不過，在汪祥艮來看，打印材料的綁定并不能看作是一種人為設(shè)置的門檻，事實(shí)上是技術(shù)本身限制了第三方材料供應(yīng)商的進(jìn)入。 #p#分頁標(biāo)題#e#

    “今天的一些品牌3D打印商都擁有很多種材料，比如Stratasys目前有600多種材料，它們對應(yīng)了不同的應(yīng)用。我們的研發(fā)團(tuán)隊花了相當(dāng)多的時間和精力來開發(fā)這些材料，這并不是一件容易的事。”他表示。“這并不是我們刻意設(shè)置了一個門檻，而是技術(shù)門檻已經(jīng)將第三方阻擋在外。”他還指出，針對FDM工藝，市場上也有相應(yīng)的材料，但是通過這種材料打印出來的產(chǎn)品非常粗糙。“最多打一個小玩偶玩一玩，但是在工業(yè)領(lǐng)域，這種材料根本達(dá)不到要求。” 

    作為領(lǐng)先的3D打印設(shè)備供應(yīng)商，Stratasys不斷研發(fā)新的材料類型。以今年2月份Stratasys推出的全球首款彩色多材料3D打印機(jī)Objet500 Connex3為例，三種基本顏色材料結(jié)合Stratasys的PolyJet光敏聚合物材料（包括數(shù)字材料、剛性材料、橡膠類材料、透明材料以及高溫材料等），可模擬標(biāo)準(zhǔn)和高溫的工程塑料，最多可達(dá)600多種材料組合。材料的多樣性加上顏色的多樣性將3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域再次拓展到了前所未有的范圍。 

    3D打印經(jīng)過近三十年發(fā)展已經(jīng)成為一種成熟的技術(shù)，雖然實(shí)現(xiàn)的工藝各有不同，但是原理基本一致，已并不神秘。然而材料的推陳出新不斷給這項(xiàng)技術(shù)注入新的活力，也給其應(yīng)用領(lǐng)域帶來了無限的想象力和可能性。僅從這一點(diǎn)上來看，3D打印未必會取代或徹底顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)，但是其所帶來的影響也是前所未有的。