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3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
文章導(dǎo)讀：
規(guī)模經(jīng)濟(jì)是支持現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)的無(wú)形力量，工廠和生產(chǎn)線是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)。為了收回前期在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的投資，企業(yè)必須出售大量的產(chǎn)品，這樣才能從最初的投資中獲益。因此，大規(guī)模生產(chǎn)犧牲了產(chǎn)品的多樣性。而3D打印的特點(diǎn)是小批量、定制化,降低了新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)和成本?？死锼埂ぐ驳律谒拇碜鳌堕L(zhǎng)尾理論》中將未來(lái)的制造模式描述為“由小型企業(yè)組成的超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的分布系統(tǒng)”。通過(guò)具體分析，我們認(rèn)為3D打印技術(shù)至少包含以下十個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。
01、設(shè)計(jì)空間無(wú)限
傳統(tǒng)制造技術(shù)和工匠制造的產(chǎn)品形狀有限，制造形狀的能力受制于所使用的工具。例如，傳統(tǒng)的木制車(chē)床只能制造圓形物品，軋機(jī)只能加工用銑刀組裝的部件，制模機(jī)僅能制造模鑄形狀。而3D打印機(jī)可以突破這些局限，開(kāi)辟巨大的設(shè)計(jì)空間，制造出傳統(tǒng)工藝難以加工甚至無(wú)法加工的產(chǎn)品。
02、改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)
原型是產(chǎn)品的初稿，它有助于設(shè)計(jì)師、工程師和制造商進(jìn)行多重反復(fù)的檢查，真切地體驗(yàn)產(chǎn)品的外觀、手感。傳統(tǒng)的原型是利用泡沫或黏土進(jìn)行手工制作，通過(guò)3D打印快速創(chuàng)建概念模型，設(shè)計(jì)者和客戶(hù)之間能夠更好的交流。在傳統(tǒng)的工業(yè)制造，如果一個(gè)設(shè)計(jì)概念在制成產(chǎn)品之后存在缺陷，企業(yè)需要承擔(dān)大量材料的浪費(fèi)成本。而利用3D打印技術(shù)制作概念模型，能夠快速調(diào)整最初的設(shè)計(jì)并不斷改進(jìn)。
3D打印的汽車(chē)組件產(chǎn)品原型
除了概念設(shè)計(jì)之外，3D打印還被用于創(chuàng)建功能性原型，因?yàn)?D打印技術(shù)制成的物品本身具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等性能，通過(guò)對(duì)原型進(jìn)行各種性能測(cè)試，以改進(jìn)最終的產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)，大大縮短了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的時(shí)間。3D打印加快了設(shè)計(jì)進(jìn)程，在產(chǎn)品的安全性和合理性設(shè)計(jì)、人體工程學(xué)設(shè)計(jì)、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和設(shè)計(jì)等方面不斷改善，從而實(shí)現(xiàn)在將產(chǎn)品全面投入生產(chǎn)前對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，創(chuàng)造出更好的產(chǎn)品。
利用功能性測(cè)試的3D打印膠帶座
03、多樣化生產(chǎn)不會(huì)增加成本
就傳統(tǒng)制造而言，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高。但對(duì)于3D打印機(jī)而言，制造形狀復(fù)雜的物品其成本并不會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)。另外，傳統(tǒng)的制造設(shè)備功能較少，做出的物品形狀種類(lèi)有限。一臺(tái)3D打印機(jī)可以打印不同的形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同形狀的物品。這種制造多樣化而不增加成本的打印將從根本上打破傳統(tǒng)的定價(jià)模式，并改變我們整個(gè)制造業(yè)成本構(gòu)成的方式。
3D打印的鈦合金首飾（圖片來(lái)源：FutureFactories.com）
04、產(chǎn)品無(wú)需組裝
3D打印具備一體成形的特點(diǎn)，這樣對(duì)減少勞動(dòng)力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)有顯著的幫助。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)是建立在產(chǎn)業(yè)鏈和流水線基礎(chǔ)上的，在現(xiàn)代化工廠中，機(jī)器生產(chǎn)出相同的零部件，然后由工人進(jìn)行組裝。產(chǎn)品組成部件越多，供應(yīng)鏈和產(chǎn)品線都將拉得越長(zhǎng)，組裝和運(yùn)輸所需要耗費(fèi)的時(shí)間和成本就越多。而3D打印一體化成形的特點(diǎn)，無(wú)需再次組裝，從而縮短供應(yīng)鏈，節(jié)省在勞動(dòng)力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)。
美國(guó)通用（GE）制造的一體成型的發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，原本由20個(gè)部件組成
05、縮短交付時(shí)間
3D打印因?yàn)榭梢愿鶕?jù)人們的需求進(jìn)行打印，這種即時(shí)生產(chǎn)將大大減少企業(yè)的庫(kù)存量，使得企業(yè)能夠根據(jù)用戶(hù)的需求來(lái)啟動(dòng)3D打印機(jī)，制造出定制的產(chǎn)品來(lái)滿足客戶(hù)需求，所以新的商業(yè)模式將成為可能。如果人們所需的物品可以按需就近生產(chǎn)，那么這種零庫(kù)存、零時(shí)間交付的生產(chǎn)方式還可以減少長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)某杀尽?/span>
06、制造技能門(mén)檻降低
傳統(tǒng)的制造機(jī)器需要熟練的專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行機(jī)器調(diào)整和校準(zhǔn)，培養(yǎng)一個(gè)嫻熟的工人往往需要幾年的時(shí)間。而3D打印機(jī)所需要的操作技能將比傳統(tǒng)設(shè)備少很多，因此3D打印的出現(xiàn)將顯著降低生產(chǎn)技能的門(mén)檻。這種擺脫原來(lái)高門(mén)檻的非技能制造業(yè)，將進(jìn)一步引導(dǎo)出眾多新的商業(yè)模式，并能在遠(yuǎn)程環(huán)境或極端情況下為人們提供打印服務(wù)。
07、不占空間，便攜制造
3D打印機(jī)可以自由移動(dòng)，并制造出比自身體積還要龐大的物品。例如，注塑機(jī)只能制造比自身小很多的物品，而部分3D打印機(jī)能夠制造出比自己大很多的物品。另外，民用消費(fèi)級(jí)3D打印設(shè)備還可以自由移動(dòng)，由于其較高的便攜性，出現(xiàn)了一批家用或桌面型的3D打印機(jī)，這些都是有賴(lài)于3D打印機(jī)所需更小物理空間這一優(yōu)勢(shì)。
桌面級(jí)3D打印設(shè)備（圖片來(lái)源：南極熊）
08、節(jié)省原材料
傳統(tǒng)的金屬加工有著十分驚人的浪費(fèi)量，一些精細(xì)化生產(chǎn)甚至?xí)斐?0%原材料的丟棄浪費(fèi)。而3D打印機(jī)的浪費(fèi)量將顯著減少，隨著打印材料的進(jìn)步，3D打印“凈成形”制造將成為更加節(jié)約環(huán)保的加工方式。
利用激光近凈成型技術(shù)（LENS）制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片（圖片來(lái)源：南極熊）
09、材料無(wú)限組合
傳統(tǒng)的制造機(jī)器在切割或模具成型過(guò)程中難以將多種原材料融合在一起，3D打印的原材料之間可以任意組合，制造出人們想要的性能結(jié)構(gòu)。比如在尼龍-玻璃纖維或者尼龍-碳纖維復(fù)合材料能夠提高尼龍的機(jī)械性能，在鎳合金粉末里加入50%的鈦金屬可以顯著提高性能，現(xiàn)在已有科研人員在進(jìn)行碳納米管、石墨烯等復(fù)合新材料的研發(fā)。
世界首輛尼龍-玻纖復(fù)合材料為主的3D打印汽車(chē)
10、精確的實(shí)體復(fù)制
傳統(tǒng)的磁帶只能通過(guò)實(shí)體物理傳遞來(lái)確保信息不被丟失。而數(shù)字音樂(lè)文件的出現(xiàn)使得信息脫離了載體，可以被無(wú)限次復(fù)制而不降低音頻質(zhì)量。3D打印技術(shù)也有望在整個(gè)制造領(lǐng)域把數(shù)字精度延伸到實(shí)體世界之中。3D掃描和3D打印技術(shù)將共同提高實(shí)體世界和數(shù)字世界之間形態(tài)轉(zhuǎn)換的分辨率，縮小實(shí)體世界和數(shù)字世紀(jì)之間的距離。
3D掃描之后打印的人像
以上部分優(yōu)勢(shì)有的已經(jīng)得到證實(shí)，有的則在繼續(xù)完善，相信不久的將來(lái)就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。3D打印將一次次突破人們熟悉的、歷史悠久的傳統(tǒng)制造技術(shù)瓶頸，推陳出新，為人類(lèi)以后的制造創(chuàng)新提供一個(gè)更加廣闊的舞臺(tái)。
