3d打印開始迅速融入制造業(yè)，將迎來(lái)質(zhì)變的飛躍

3d打印在這些年的興起，雖然給制造業(yè)帶來(lái)了一定的影響，但是還是沒(méi)有完全的融入制造業(yè)，但是也在快速的像制造業(yè)滲透，由制造原型向制造產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，雖然談不上在制造業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用，但是在原型制造企業(yè)在使用3D打印技術(shù)確實(shí)已經(jīng)非常普遍了，據(jù)南極熊了解，目前，大約31.4%的中國(guó)原型制造企業(yè)在使用3D打印技術(shù)，而2014僅占21%。值得一提的是國(guó)內(nèi)約6.6%的3D打印是用來(lái)制造最終產(chǎn)品而不是原型。

世界范圍內(nèi)來(lái)看，根據(jù)Wholers 2016的報(bào)告,3D打印2015年的年復(fù)合增長(zhǎng)率為25.9%，而其中用于生產(chǎn)最終成品零件的比例占到了51.3%,這之前在2014年用于生產(chǎn)的比例是42.6%,所以說(shuō)用于生產(chǎn)目的的3D打印正在占據(jù)主要位置。麥肯錫曾經(jīng)預(yù)測(cè)，3D打印在應(yīng)用端市場(chǎng)的影響力是深遠(yuǎn)的，預(yù)計(jì)到2025年，3D打印對(duì)經(jīng)濟(jì)的直接影響是5.5千億美金的規(guī)模，這其中包括消費(fèi)類應(yīng)用、模具與夾具、醫(yī)療植入物及牙科產(chǎn)品、航空航天零件、汽車及其他工業(yè)領(lǐng)域。雖然中國(guó)的3D打印應(yīng)用于生產(chǎn)的比例還遠(yuǎn)不如世界水平，但考慮到中國(guó)是世界工廠，大部分的制造產(chǎn)業(yè)都集中在中國(guó)，南極熊認(rèn)為這一現(xiàn)象在中國(guó)即將發(fā)生改變。

作為正在來(lái)臨的工業(yè)革命，3D打印在制造中所占據(jù)的位置在提升，這一現(xiàn)象從全球范圍內(nèi)來(lái)看是明顯的。包括惠普全球裁員將戰(zhàn)略中心“押寶”到3D打印業(yè)務(wù)板塊上，可以說(shuō)一切的跡象都在表明，3D打印時(shí)代正在到來(lái)，開始“擾亂”萬(wàn)億制造業(yè)市場(chǎng)。

既是Evolution-進(jìn)化,也是Revolution-革命

除了惠普，就拿汽車行業(yè)的寶馬來(lái)說(shuō)，從2012年，寶馬開始為勞斯萊斯幻影生產(chǎn)零部件，這比GE廣為人知的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)引擎噴油嘴還早。這些零部件包括塑料支架的危險(xiǎn)警告燈、中心鎖按鈕、電子停車制動(dòng)器和插座。在寶馬位于慕尼黑的研究和創(chuàng)新中心有一個(gè)快速技術(shù)中心的團(tuán)隊(duì)（FIZ）。他們每年生產(chǎn)近25,000個(gè)原型，還生產(chǎn)近100,000多個(gè)零件。零件包括小型塑料載體到設(shè)計(jì)樣品和用于功能測(cè)試的底盤組件。而勞斯萊斯幻影系列準(zhǔn)備年生產(chǎn)10,000多個(gè)汽車零部件。

醫(yī)療行業(yè)，強(qiáng)生公司已與惠普、Carbon3D、3D Systems、Organovo及Materialise等公司進(jìn)行3D打印醫(yī)療器械領(lǐng)域的合作。強(qiáng)生子公司DePuy Synthes 還推出了TRUMATCH產(chǎn)品線，產(chǎn)品包括定制化的顱頜面（CMF）外科植入物和手術(shù)導(dǎo)板，以及膝關(guān)節(jié)手術(shù)導(dǎo)板。強(qiáng)生的各種努力已經(jīng)證明3D打印在骨科、眼睛健康以及消費(fèi)類醫(yī)療產(chǎn)品領(lǐng)域都將帶來(lái)制造方面革命性的變化。

當(dāng)然除了這些，像GE、波音、空客在3D打印進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的進(jìn)展就更具說(shuō)服力了，在此不一一復(fù)述。而軟件公司像SAP與物流公司UPS的合作，在美國(guó)打造一個(gè)按需3D打印的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。以及SAP與空中客車的子公司APWorks在3D打印相關(guān)的協(xié)同創(chuàng)新方面的軟件開發(fā)合作。這些都使得3D打印在系統(tǒng)化的管理方式上納入到生產(chǎn)的一部分。

其實(shí)看來(lái)，不僅僅是GE14億美金收購(gòu)兩家金屬3D打印企業(yè)為3D打印行業(yè)打上了里程碑的烙印，也不僅僅是Carbon為首的材料企業(yè)將樹脂材料的性能從原型用途推進(jìn)生產(chǎn)領(lǐng)域。3D打印將要帶來(lái)工業(yè)革命最直接、具有說(shuō)服力的信號(hào)是全球科技公司西門子將推出一個(gè)新的終端到終端的增材制造軟件包，覆蓋設(shè)計(jì)、仿真和生產(chǎn)的解決方案，這個(gè)產(chǎn)品生命周期管理（PLM）解決方案將從2017年1月開始商業(yè)化。無(wú)疑增材制造設(shè)備要想不停留在單機(jī)運(yùn)作的狀態(tài)，而是徹底融入到制造的環(huán)節(jié)中。PLM對(duì)于工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)就像人體的脈絡(luò)一樣，提供一體化設(shè)計(jì)、全套仿真、數(shù)字制造、數(shù)據(jù)和過(guò)程管理。消除了應(yīng)用程序或過(guò)程之間的轉(zhuǎn)換或翻譯的需要，并將使得汽車、航空航天和醫(yī)療設(shè)備行業(yè)大大受益。

為什么是現(xiàn)在？3D打印技術(shù)存在很長(zhǎng)時(shí)間了，而且我們總是覺(jué)得3D打印存在著材料、價(jià)格、速度、精度、產(chǎn)品一致性等等各種各樣的問(wèn)題，究竟是哪些因素匯集到一起催化3D打印的全部潛能？

其實(shí)，我們需要重新審視一下3D打印行業(yè)，設(shè)備是否還像原來(lái)那么笨拙？材料是不是還是那么中看不中用？應(yīng)用解決方案是否還停留在小打小鬧的階段？

的確，上面的這副圖片現(xiàn)在來(lái)看已經(jīng)OUT了，3D打印已經(jīng)不僅僅能滿足基本的制造需求。事實(shí)是當(dāng)前的不少設(shè)備已經(jīng)真正意義上進(jìn)入到工業(yè)級(jí)別的應(yīng)用領(lǐng)域的，速度比原來(lái)快很多，精度可以匹敵注塑件，最重要的是3D打印邊際成本對(duì)產(chǎn)品的復(fù)雜性不敏感，況且還有類似于惠普這樣的設(shè)備用于多材料的打印，塑料也可以導(dǎo)電，這為產(chǎn)品的重塑帶來(lái)了巨大的想像空間，我們可以預(yù)見(jiàn)不久的將來(lái)，很多產(chǎn)品“長(zhǎng)”的樣子將與當(dāng)前的產(chǎn)品大不相同，圍繞著產(chǎn)品功能的訴求，產(chǎn)品設(shè)計(jì)不再被制造方式所壓抑，為增材制造而設(shè)計(jì)將成為common sense。

除此之外，3D打印進(jìn)入萬(wàn)億的制造業(yè)市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)因素還有更多，即便是拋開背后的經(jīng)濟(jì)效益不談，單是環(huán)境與社會(huì)效益也是大勢(shì)所趨。我們當(dāng)前用一種堪稱奢侈的方式消費(fèi)著地球的資源，破壞著賴以生存的環(huán)境。我們?nèi)粘Ｙ?gòu)買的很多產(chǎn)品是從不遠(yuǎn)萬(wàn)里的地球的另外一端運(yùn)輸過(guò)來(lái)的，這樣的模式能持續(xù)多久？恐怕這也是艾隆馬克思移民火星的計(jì)劃廣受歡迎的一大原因。3D打印帶來(lái)的即時(shí)生產(chǎn)、避免庫(kù)存、減少生產(chǎn)計(jì)劃不準(zhǔn)確帶來(lái)的浪費(fèi)、縮短供應(yīng)鏈與物流成本為資源的可持續(xù)性帶來(lái)積極的意義。

更何況隨著全球?qū)Υ髷?shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造的重視，除了3D打印又有哪種制造技術(shù)天生就帶著大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造的全部基因呢？

就拿物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)和3D打印的結(jié)合是雙向的，一個(gè)方向是3D打印技術(shù)所制造的植入式感應(yīng)器等監(jiān)測(cè)設(shè)備直接“預(yù)埋”到產(chǎn)品中作為一種制造技術(shù)手段與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)生直接聯(lián)系；另一個(gè)方向是物聯(lián)網(wǎng)所積聚的大量大數(shù)據(jù)反饋給3D打印的制造系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更精益的生產(chǎn)及供應(yīng)鏈管理和更加適合用戶需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

而拿大數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，3D打印從模型的建模，到生產(chǎn)工藝、加工參數(shù)、仿真、材料性能、產(chǎn)品質(zhì)量、供應(yīng)鏈可以說(shuō)產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)。美國(guó)早先就以強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫(kù)深度布局增材制造，Senvol數(shù)據(jù)庫(kù)就像是一個(gè)增材制造行業(yè)的Google, 包含了工業(yè)增材制造設(shè)備和材料的數(shù)據(jù)。用戶可以在上面根據(jù)自己的需求搜索與之相關(guān)的信息。其強(qiáng)大的專有算法可以幫助生產(chǎn)者確定哪些部分使用增材制造（AM）會(huì)比傳統(tǒng)工藝更加有效。這個(gè)算法分析了整個(gè)供應(yīng)鏈，并考慮了諸如庫(kù)存、停機(jī)時(shí)間和運(yùn)輸?shù)雀黜?xiàng)因素。

美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）的Open Manufacturing開放制造計(jì)劃目的是通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)了解制造。DARPA指出，為了使3D打印成為復(fù)雜軍工部件——比如飛機(jī)機(jī)翼——制造的主流技術(shù)，就需要對(duì)“基于不同屬性和性能材料的各種制造方法所產(chǎn)生的細(xì)微差別”有深入的了解。由于無(wú)法對(duì)3D打印出來(lái)的每一個(gè)部件都進(jìn)行測(cè)試，目前能做的是對(duì)某一個(gè)特定的生產(chǎn)批次中的極少數(shù)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，然后由抽樣測(cè)試的產(chǎn)品質(zhì)量代表整個(gè)生產(chǎn)批次的質(zhì)量。這就是為什么DARPA的開放式制造項(xiàng)目對(duì)于增材制造的未來(lái)如此重要的原因：因?yàn)閷?duì)于技術(shù)和材料的透徹了解能夠幫助公司節(jié)省大量的時(shí)間和金錢。

除了Open Manufacturing這樣聽起來(lái)“高大上”的計(jì)劃，國(guó)際上還有大批針對(duì)增材制造進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及仿真的軟件產(chǎn)品。典型的包括實(shí)時(shí)監(jiān)控領(lǐng)域的Sigma Labs，仿真領(lǐng)域的Altair，以及創(chuàng)業(yè)型公司Amphyon和3DSim。通過(guò)仿真來(lái)管理3D打印預(yù)期也成為業(yè)界共識(shí)，而優(yōu)秀仿真水平的實(shí)現(xiàn)正是基于加工中的大數(shù)據(jù)。

人工智能方面，不僅僅是通過(guò)3D打印產(chǎn)生了大量的可用于人工智能領(lǐng)域的產(chǎn)品和零件，包括哈佛大學(xué)的軟體機(jī)器人。人工智能對(duì)3D打印技術(shù)也是一個(gè)正向的促進(jìn)作用，這其中就有在線人體模型建模平臺(tái)Body Labs。Body Labs的創(chuàng)始人，來(lái)自布朗大學(xué)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程教授Michael Black通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)研究成千上萬(wàn)的3D掃描的真實(shí)生活的人在各種姿勢(shì)下的人體形狀，并創(chuàng)建了統(tǒng)計(jì)模型，這項(xiàng)研究持續(xù)了十年，才誕生了Body labs。

而自動(dòng)化與智能制造方面，3D Systems推出了3D打印自動(dòng)化式流水線，Stratasys通過(guò)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的“infintely build”（無(wú)限制造）。帶機(jī)器手的3D打印還包括MX3D、Thermwood、Branch Technology、LittleArm 和 Arevo Labs。 而LENS技術(shù)領(lǐng)域，包括博世力士樂(lè)與挪威鈦的合作，大隈與RPM打造的Fastems柔性制造系統(tǒng)等等。

另外，除了自動(dòng)化的機(jī)器手可以直接用于3D打印，以及自動(dòng)化可以將3D打印設(shè)備與傳統(tǒng)制造設(shè)備相互連接，3D打印還可以貢獻(xiàn)與自動(dòng)化，這其中就包括自動(dòng)化供應(yīng)商柯馬通過(guò)3D打印優(yōu)化夾緊裝置的設(shè)計(jì)，以及Materialise為ABB優(yōu)化的柔性機(jī)器手設(shè)計(jì)，請(qǐng)關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng)。


來(lái)源：3d科學(xué)谷
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