美國(guó)南卡羅來納州羅克希爾街上的一個(gè)商業(yè)園區(qū)內(nèi)的一座低層建筑內(nèi)，展示著一副未來工廠情景圖。幾十臺(tái)機(jī)器正在隆隆地運(yùn)轉(zhuǎn)，透過玻璃控制室，兩名人員正在通過電腦屏幕對(duì)機(jī)器進(jìn)行監(jiān)督。其中有些機(jī)器大小如同一輛轎車，有些如同一臺(tái)微波爐，但所有的機(jī)器都有可以透視的窗口。一臺(tái)機(jī)器在生產(chǎn)珠寶，其他有些在生產(chǎn)電鉆機(jī)的塑料夾子、汽車儀表盤、錯(cuò)綜復(fù)雜的燈罩以及定制式假肢。有一臺(tái)機(jī)器甚至正在生產(chǎn)如其自身一樣的機(jī)器所用零件。
 

　　這是3D系統(tǒng)公司的總部，是由查克?赫爾( Chuck Hull)成立的公司，他在1986年的一項(xiàng)專利中描述了他發(fā)明的一項(xiàng)被稱作“立體光刻”的三維實(shí)體系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過一束紫外線光作用使像墨水一般的液體塑料薄層凝固，可以添加更多的液體塑料重復(fù)此過程。其他形式的3D打印術(shù)也出現(xiàn)了，但都是以疊加工藝的方式運(yùn)作，一層一層地構(gòu)建實(shí)體。

　　起初3D打印技術(shù)被認(rèn)為是一種制作一次性樣品的一種方式，但隨著該技術(shù)的發(fā)展，更多的東西被作為成品打印出來(即人們熟知的疊加式制造技術(shù))。特里?沃勒斯(Terry Wohlers)經(jīng)營(yíng)著該領(lǐng)域的一家研究公司，根據(jù)他的信息，目前成品打印費(fèi)用約占總打印費(fèi)用的28%。他預(yù)言這一比例將在2016年超過50%，在2020年超過80%。但他認(rèn)為，不可能會(huì)達(dá)到100%，因?yàn)榭焖俣��?jīng)濟(jì)的樣品制造技術(shù)將依然是混合技術(shù)中的一個(gè)重要部分。

　　獨(dú)一無二

　　一次性樣品的生產(chǎn)成本可能高得驚人，而3D打印機(jī)可將成本大幅降低�，F(xiàn)在很多生活消費(fèi)品、機(jī)械零件、鞋子和建筑模型在繼續(xù)進(jìn)行投產(chǎn)之前，都以3D打印形式出現(xiàn)，供工程師、設(shè)計(jì)師和客戶評(píng)估。任何變動(dòng)可以在幾小時(shí)或一個(gè)晚上的時(shí)間內(nèi)快速被重新打印，但一種新樣品進(jìn)人機(jī)械商店要花上幾個(gè)星期的時(shí)間。有些設(shè)計(jì)人員已經(jīng)使用塑料和尼龍材料打印出現(xiàn)成的鞋子和衣服。荷蘭的時(shí)裝設(shè)計(jì)師伊里斯?凡?赫本(Iris van HERPen)已經(jīng)制作出令人嘆為觀止的3D系列服飾，走上秀臺(tái)。尚未有人可以打印皮質(zhì)材料，但他們?nèi)匀辉谘芯恐小?/p>

　　由于在疊加式制造技術(shù)中很少有規(guī)模性經(jīng)濟(jì)，該技術(shù)最理想的是應(yīng)用在低量生產(chǎn)領(lǐng)域。但也允許成品部件的大規(guī)模定制化。已經(jīng)有很多牙冠和助聽器外殼都是用獨(dú)立的3D打印機(jī)生產(chǎn)的。

　　擺脫傳統(tǒng)工藝的限制，疊加式制造技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)人員經(jīng)濟(jì)實(shí)惠地將之前被認(rèn)為太過復(fù)雜的物品生產(chǎn)出來。這可能是出于美學(xué)方面的原因，但工程人員也發(fā)現(xiàn)了實(shí)際應(yīng)用之處。例如，液體在圓形槽內(nèi)比在鋒利邊角周圍的流動(dòng)速度更快，以傳統(tǒng)方法很難在一個(gè)固體金屬結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)出圓形槽，但是對(duì)3D打印機(jī)來說輕而易舉。3T RPD，一家提供添加材料制造服務(wù)的英國(guó)公司，打印出用于賽車的齒形箱，帶有液壓用油光滑內(nèi)部通道，替代了鉆出型直角彎管。據(jù)該公司總裁伊恩?韓禮德(Ian Halliday)介紹，該箱子不僅實(shí)現(xiàn)了齒輪速度變化更快，同時(shí)也將重量減輕了30%�；�于相似原理，一架波音F-18戰(zhàn)斗機(jī)包含了很多打印部件，如通風(fēng)管。

　　重量減輕是3D打印部件的一部分吸引力所在。物體一層層疊加，僅用足夠的材料來實(shí)現(xiàn)部件的運(yùn)作是可能的。用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行建筑物構(gòu)造，需要添加翼緣和支架，才可以利用機(jī)械工具對(duì)物體進(jìn)行處理、打磨、建模，為待鉚接或焊接的部件表面做好準(zhǔn)備。3D打印機(jī)可能對(duì)物品作為整體進(jìn)行打印，不需要組裝。它甚至可以一次性制作出帶有可活動(dòng)部件的機(jī)器。

　　大大節(jié)約材料成本后，有些產(chǎn)業(yè)前景可觀。在航空航天工業(yè)領(lǐng)域的金屬部件通常是從高成本的固體欽加工而成。這可能意味著90%的材料都被切除掉，剩余的金屬切削物對(duì)于飛行器的制作是毫無利用價(jià)值的。然而，欽粉末可用于打印飛行器門的支架、衛(wèi)星部件等類似物。據(jù)歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)( EADS )研究人員提供的信息，這些打印出的部件與一個(gè)加工出來的部件一樣經(jīng)久耐用，但只使用了原材料的10%，歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)是空中空客(Airbus)的母公司。

　　利用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)生產(chǎn)高度復(fù)雜的設(shè)計(jì)圖，借助3D打印技術(shù)將設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為實(shí)物，正在創(chuàng)造一種新的設(shè)計(jì)語言。3D印制品通�？雌饋砩鷦�(dòng)自然。比利時(shí)Materialise公司的副總裁維姆?麥啟(Wim Michiels)說:“大自然已經(jīng)有一些非常有效的設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行模擬是很好的一個(gè)主意’，，這家比利時(shí)公司使用疊加式制造技術(shù)來生產(chǎn)一系列產(chǎn)品，包括醫(yī)療設(shè)備。例如，將一個(gè)精致的晶格狀天然骨骼內(nèi)部結(jié)構(gòu)整合到一種金屬植人體中，制作出的產(chǎn)品相比加工過的骨骼更輕，優(yōu)勢(shì)不會(huì)遜色，可更輕易地與病人自身的骨骼融合，也可精確制作出符合病人目標(biāo)的產(chǎn)品。去年，在荷蘭就有外科醫(yī)生為一名患有慢性骨骼感染病的女士印制出一種全新的欽領(lǐng)制品。

　　很多公司現(xiàn)在正在思考疊加式制造技術(shù)將會(huì)對(duì)他們的產(chǎn)業(yè)帶來怎樣的影響。美國(guó)通用電氣就是一個(gè)例子，該公司正在探索如何將3D打印技術(shù)應(yīng)用到其所有運(yùn)營(yíng)活動(dòng)中。已經(jīng)有一種產(chǎn)品正在醞釀中，即，小型超聲掃描儀。這類掃描儀被醫(yī)生用來制作人體內(nèi)部特征成像，如胎兒。成像控制器的尺寸、重量和成本都縮減了，但放置于人體上的換能器探針依然沒有得到很大改觀，而換能器探針的成本是該系統(tǒng)最貴的一部分。探針將高頻聲波的脈沖波進(jìn)行傳輸，并接收反饋信號(hào)，利用回聲來產(chǎn)生圖片。它包括一種微型壓電結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)需要對(duì)一種易碎陶瓷材料塊進(jìn)行煞費(fèi)苦心的微加工才能得到。

　　目前通用電氣公司已經(jīng)開發(fā)出一種疊加系統(tǒng)來打印傳感器。這將極大降低生產(chǎn)成本，并促成全新而低成本的便攜式掃描儀的誕生，不僅可用于醫(yī)療，也可用于檢測(cè)重要的航空結(jié)構(gòu)和工業(yè)制品結(jié)構(gòu)的缺陷問題。

　　跟隨復(fù)制

　　這一項(xiàng)技術(shù)可以走多遠(yuǎn)?美國(guó)通用電氣全球研發(fā)部的愛德奇先生(Mr Idelchik)高瞻遠(yuǎn)矚:“終有那么一天，我們會(huì)‘打印’出一種引擎�！钡�很多制造商，如通用和勞斯萊斯，認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)一種混合打印系統(tǒng)。系統(tǒng)可以生成一種型號(hào)的輪廓，節(jié)約材料，加工精確。

　　復(fù)制器，由英國(guó)的賽寶曼科技公司(Cybaman Technologies)制作的一種機(jī)器人快速制造系統(tǒng)已經(jīng)完成。其大小相當(dāng)于一個(gè)大冰箱，可以實(shí)現(xiàn)去除材料加工，也可實(shí)現(xiàn)添加材料加工。使用一種基于激光技術(shù)的沉積系統(tǒng)來塑造一種基本形狀，由加工完成。恰如其名，該復(fù)制器也可以對(duì)放置在其內(nèi)部的物體進(jìn)行數(shù)字掃描，實(shí)現(xiàn)反向工程，產(chǎn)生一個(gè)精確副本建立所需的數(shù)據(jù)。

　　復(fù)制器接近現(xiàn)有技術(shù)，幾乎可以達(dá)到科幻小說中描述的傳送器水平。它可以掃描位于一個(gè)地點(diǎn)的物品，并告知位于世界另一端的另一個(gè)物品怎樣建立一個(gè)復(fù)制品。也就是說，例如，可以在不用運(yùn)輸任何東西的情況下在遠(yuǎn)處實(shí)現(xiàn)緊急備品的制作。通過對(duì)一個(gè)被破壞的物品進(jìn)行掃描，對(duì)其進(jìn)行虛擬修復(fù)，然后打印出一個(gè)全新產(chǎn)品，甚至不可用的部件也可以得到復(fù)制。但前提是不可得的部件和產(chǎn)品的數(shù)字圖書館可以在線呈現(xiàn)。正如由于電子書的出現(xiàn)可能永遠(yuǎn)不會(huì)排除打印技術(shù)，零部件隨時(shí)可以獲得。服務(wù)技工在其貨車上配有3D打印機(jī)，或五金工具店中提供有部件打印服務(wù)。

　　3D打印機(jī)在偏遠(yuǎn)地區(qū)也是作用頗大的。約翰內(nèi)斯堡附近的瓦爾理工大學(xué)(Vaal University of Technology)的迪恩?德貝爾(Deon de Beer)正在從事一項(xiàng)被稱作創(chuàng)意產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室(Idea 2 Product Lab)的項(xiàng)目研究，使用低成本的3D打印機(jī)進(jìn)行培訓(xùn)并激發(fā)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)和制造的興趣。當(dāng)一家相似實(shí)驗(yàn)室在該院分校之一所在地—北開普敦郊區(qū)的阿普頓建立之時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員發(fā)現(xiàn)他們?nèi)鄙僖环N特殊型號(hào)的扁平扳手。他們并沒有為將要寄過來的工具等待多日，卻打印出了同樣的產(chǎn)品并完成了工作。

　　德貝爾說，可以替代扳手的是，本該有一種小型塑料部件，或許可以固緊當(dāng)?shù)匾患裔t(yī)院內(nèi)設(shè)備的零件，或者修理一種農(nóng)用機(jī)械。他相信3D打印機(jī)可以“造就一類新型機(jī)械工程師”，尤其是在農(nóng)村地區(qū)。

　　有些人已經(jīng)有家用3D打印機(jī)。沃勒思說，工業(yè)3D打印系統(tǒng)起步價(jià)約為15 000美元，可以高到100萬美元。但成本更低的臺(tái)式機(jī)械正在造就一個(gè)全新的市場(chǎng)。市場(chǎng)參與者包括了業(yè)余愛好者、修理東西的熱衷者、修補(bǔ)工匠、發(fā)明人員、研究人員和企業(yè)家。有些3D打印系統(tǒng)可以成套配置，使用開放資源軟件。但3D打印機(jī)的大生產(chǎn)商也進(jìn)人了市場(chǎng)。

　　用于生產(chǎn)大量樣品機(jī)械和工業(yè)機(jī)械的3D打印系統(tǒng)正在引領(lǐng)一種小型3D打印機(jī)消費(fèi)市場(chǎng)，這種小型3D打印機(jī)被稱作酷比(Cube)，可制作玩具、棋子和裝飾品等類似物。一種被稱作“酷比化”( Cubify)的在線平臺(tái)正在被開發(fā)，它為大量用戶提供服務(wù)。價(jià)位1 299美元的酷比墨盒薄層材料實(shí)現(xiàn)了打印，就像固化硬塑料。大概3.5美元成本的材料生產(chǎn)的部件可達(dá)5.5英尺(140mm )。其質(zhì)量尚未達(dá)到專業(yè)打印機(jī)的水平，但是對(duì)很多人來說，夠好了。高質(zhì)量的創(chuàng)作品可上傳到Cubify的在線打印服務(wù)欄。

　　3D系統(tǒng)公司的首席執(zhí)行官說，新的范圍不僅僅是關(guān)于打印東西，也關(guān)系到產(chǎn)品制作過程的簡(jiǎn)化，并讓人們能夠發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，共享創(chuàng)意。“這是一場(chǎng)個(gè)性制造業(yè)革命，”他說。

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本文標(biāo)題：3D打印機(jī)改變制造業(yè)規(guī)則

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