3d打印開始迅速融入制造業(yè)，將迎來質(zhì)變的飛躍

3d打印在這些年的興起，雖然給制造業(yè)帶來了一定的影響，但是還是沒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)確實已經(jīng)非常普遍了，據(jù)南極熊了解，目前，大約31.4%的中國原型制造企業(yè)在使用3D打印技術(shù)，而2014僅占21%。值得一提的是國內(nèi)約6.6%的3D打印是用來制造最終產(chǎn)品而不是原型。

世界范圍內(nèi)來看，根據(jù)Wholers 2016的報告,3D打印2015年的年復(fù)合增長率為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，3D打印在應(yīng)用端市場的影響力是深遠(yuǎn)的，預(yù)計到2025年，3D打印對經(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，但考慮到中國是世界工廠，大部分的制造產(chǎn)業(yè)都集中在中國，南極熊認(rèn)為這一現(xiàn)象在中國即將發(fā)生改變。

作為正在來臨的工業(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，可以說一切的跡象都在表明，3D打印時代正在到來，開始“擾亂”萬億制造業(yè)市場。

既是Evolution-進(jìn)化,也是Revolution-革命

除了惠普，就拿汽車行業(yè)的寶馬來說，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)動機(jī)引擎噴油嘴還早。這些零部件包括塑料支架的危險警告燈、中心鎖按鈕、電子停車制動器和插座。在寶馬位于慕尼黑的研究和創(chuàng)新中心有一個快速技術(shù)中心的團(tuán)隊（FIZ）。他們每年生產(chǎn)近25,000個原型，還生產(chǎn)近100,000多個零件。零件包括小型塑料載體到設(shè)計樣品和用于功能測試的底盤組件。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，在美國打造一個按需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。

其實看來，不僅僅是GE14億美金收購兩家金屬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打印將要帶來工業(yè)革命最直接、具有說服力的信號是全球科技公司西門子將推出一個新的終端到終端的增材制造軟件包，覆蓋設(shè)計、仿真和生產(chǎn)的解決方案，這個產(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、全套仿真、數(shù)字制造、數(shù)據(jù)和過程管理。消除了應(yīng)用程序或過程之間的轉(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)存在很長時間了，而且我們總是覺得3D打印存在著材料、價格、速度、精度、產(chǎn)品一致性等等各種各樣的問題，究竟是哪些因素匯集到一起催化3D打印的全部潛能？

其實，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)級別的應(yīng)用領(lǐng)域的，速度比原來快很多，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)品的重塑帶來了巨大的想像空間，我們可以預(yù)見不久的將來，很多產(chǎn)品“長”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)計不再被制造方式所壓抑，為增材制造而設(shè)計將成為common sense。

除此之外，3D打印進(jìn)入萬億的制造業(yè)市場的驅(qū)動因素還有更多，即便是拋開背后的經(jīng)濟(jì)效益不談，單是環(huán)境與社會效益也是大勢所趨。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徺I的很多產(chǎn)品是從不遠(yuǎn)萬里的地球的另外一端運(yùn)輸過來的，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劃廣受歡迎的一大原因。3D打印帶來的即時生產(chǎn)、避免庫存、減少生產(chǎn)計劃不準(zhǔn)確帶來的浪費(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)來說，物聯(lián)網(wǎng)和3D打印的結(jié)合是雙向的，一個方向是3D打印技術(shù)所制造的植入式感應(yīng)器等監(jiān)測設(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。

而拿大數(shù)據(jù)來說，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)鏈可以說產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)。美國早先就以強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫深度布局增材制造，Senvol數(shù)據(jù)庫就像是一個增材制造行業(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）會比傳統(tǒng)工藝更加有效。這個算法分析了整個供應(yīng)鏈，并考慮了諸如庫存、停機(jī)時間和運(yùn)輸?shù)雀黜椧蛩亍?br />
美國國防部先進(jìn)研究項目局（DARPA）的Open Manufacturing開放制造計劃目的是通過數(shù)據(jù)來了解制造。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“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。由于無法對3D打印出來的每一個部件都進(jìn)行測試，目前能做的是對某一個特定的生產(chǎn)批次中的極少數(shù)產(chǎn)品進(jìn)行測試，然后由抽樣測試的產(chǎn)品質(zhì)量代表整個生產(chǎn)批次的質(zhì)量。這就是為什么DARPA的開放式制造項目對于增材制造的未來如此重要的原因：因為對于技術(shù)和材料的透徹了解能夠幫助公司節(jié)省大量的時間和金錢。

除了Open Manufacturing這樣聽起來“高大上”的計劃，國際上還有大批針對增材制造進(jìn)行實時監(jiān)控及仿真的軟件產(chǎn)品。典型的包括實時監(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。通過仿真來管理3D打印預(yù)期也成為業(yè)界共識，而優(yōu)秀仿真水平的實現(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3D打印技術(shù)也是一個正向的促進(jìn)作用，這其中就有在線人體模型建模平臺Body Labs。Body Labs的創(chuàng)始人，來自布朗大學(xué)的計算機(jī)視覺課程教授Michael Black通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法來研究成千上萬的3D掃描的真實生活的人在各種姿勢下的人體形狀，并創(chuàng)建了統(tǒng)計模型，這項研究持續(xù)了十年，才誕生了Body labs。

而自動化與智能制造方面，3D Systems推出了3D打印自動化式流水線，Stratasys通過機(jī)器人實現(xiàn)的“infintely build”（無限制造）。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，除了自動化的機(jī)器手可以直接用于3D打印，以及自動化可以將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)與自動化，這其中就包括自動化供應(yīng)商柯馬通過3D打印優(yōu)化夾緊裝置的設(shè)計，以及Materialise為ABB優(yōu)化的柔性機(jī)器手設(shè)計，請關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng)。


來源：3d科學(xué)谷
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