3D打印機如何挑戰傳統制造業
2019-06-20
近年來，3D打印對制造業產生了重大影響，本文著眼于傳統制造業的弱點探討如何給增材制造業一個擴大的機會。
傳統制造業如何運作？
傳統工藝：從設計師到制造商
你如何把一個想法變成現實？幾十年來，這都是一個古老的故事。工程師設計一個零件并決定它的形狀、材料和其他因素可能會制造出一個基本的原型。但在制造最終用途的零件時，工程師必須找到一個能夠使零件達到專業標準和規模的制造商。零件可以在任何地方設計，但制造它們需要滿工廠的機器。
根據制造的零件，制造商可以使用任何數量的制造工藝來制造。他們可以使用機械加工，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；他們可以使用鑄模或工具從液態塑料中制造大量零件。
像這樣的傳統制造工藝是非常有用的，并且將持續使用多年。但是，它們也有缺點。
傳統制造業的弱點
廢料
附加設備
熟練勞動力
減法制造是傳統制造技術中最常見的一類。此術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控加工。
但是，盡管減法制造對于使用高質量的材料是很好的，但它并不總是有效的。這是因為用減法制造零件必然需要多余的材料：起始塊或“工件”必須比最終零件大，因為工具最終會將其縮小到一定尺寸。被切斷的一切都變成了浪費。
此外，傳統的制造工藝通常需要額外的設備。鑄造過程需要工具和模具，這些工具和模具需要時間和金錢來制造，但最終在工作完成或達到其壽命時會被丟棄。
最后，實際安裝和操作這些傳統制造的問題很小。傳統的機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買成本很高。雖然有些過程（例如CNC加工）是由計算機控制的，但許多過程需要熟練的機械師手動操作。所有這些問題都阻礙了企業進入傳統制造業。
3D打印是如何出現的？為什么會出現？
在20世紀80年代，一些事情發生了變化，這將永遠的改變制造業。查克·赫爾，一位來自科羅拉多州的工程師和物理學家，發明了一種利用激光將光敏樹脂變成固體形狀的系統。他的系統關鍵要素是什么？一個移動平臺使樹脂能夠在“層”中固化，并創建由單個二維切片組成的三維形狀。他稱他的系統為“立體光刻”，并把它建立了3D系統。
盡管赫爾在桌面涂層的特定領域工作時創造了立體光刻技術，但他很快意識到自己創造的巨大潛力。使用不同的材料，該工藝可適用于各種應用。不久之后，諸如選擇性激光燒結和熔融沉積建模等不同的分層過程開始出現，極大地擴大了后來被稱為3D打印的范圍。
3D打印制造技術是經過20多年的發展和適應，但直到2000年代末，3D打印才在全世界廣為人知。這在很大程度上要歸功于向消費者銷售的入門級機器的發展。由于這些機器的成本只有幾千美元，更大的人口獲得了使用這項技術的機會，導致3D打印的使用更加折衷。
3D打印機的最大優勢之一是什么？它們可以設置在幾乎任何地方，操作相對容易，允許小企業開始打印產品，而無需找到專門的制造商來幫助它們。與此同時，大型制造商開始廣泛實施高端3D打印機，利用它們來制造原型和專用部件。
3D打印對當今世界有何影響？
盡管立體光刻技術仍被廣泛應用，但現在3D打印技術涵蓋了一系列更廣泛的技術，可用于打印塑料、金屬和其他材料。純粹的技術范圍和價格點意味著3D打印現在被用于各種行業，包括汽車、航空航天、醫療保健、消費品、設計和時尚。
3D打印如何改變制造業？
3D打印在很多方面影響了制造業。例如，從工程的角度來看，它為構建物理對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打印機創建具有獨特幾何圖形和復雜內部結構的零件。某些機器允許同時打印材料組合，并且該過程的“添加”性質解決了與減法制造相關的浪費問題。
但3D打印對制造業的最大影響或許是它打破了進入壁壘的方式。許多3D打印機占用很少的空間，不需要更多的設備，幾乎可以自動操作。通過這種方式，他們有效地實現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。
傳統的制造工藝不可能很快消失，但3D打印創造了全新的制造理念。
