3D打印有那些優(yōu)勢(shì)？

魔猴君  知識(shí)堂   2811天前

3D打印的優(yōu)勢(shì)分析：

(1)復(fù)雜物品的低成本制造
眾所周知，運(yùn)用傳統(tǒng)的制造方法，加工的物品造型、結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則制造成本便會(huì)越高。所以為了追求生產(chǎn)成本的最低化投入，生產(chǎn)商往往通過(guò)勞動(dòng)細(xì)分和規(guī)范化的作業(yè)流程批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化部件，難以滿足客戶多元化的需求。但對(duì)于3D打印來(lái)說(shuō)，依托增材制造的相同加工原理，無(wú)需模具和機(jī)械設(shè)備的加工，即使形狀再?gòu)?fù)雜的產(chǎn)品也不會(huì)過(guò)多的增加生產(chǎn)的成本和勞動(dòng)力需求。3D打印使樣品試制、小批量生產(chǎn)的周期和成本降低，有利于新產(chǎn)品的開發(fā)、個(gè)性化及奢侈定制品行業(yè)的發(fā)展。

(2)產(chǎn)品的短周期、高精度生產(chǎn)
3D打印技術(shù)可優(yōu)化傳統(tǒng)制造加工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中很多繁復(fù)的工序，直接進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造，從而盡早地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品造型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，減少了因設(shè)計(jì)的頻繁更改而造成隨后其他工序的翻工和累加損失，顯著提高新產(chǎn)品研發(fā)的效率和投入生產(chǎn)線的成功率。例如，3D打印無(wú)需開模過(guò)程，大大節(jié)約了作業(yè)時(shí)間；一次成型的特點(diǎn)使后期輔助處理的工作量大大減少，委外加工階段減少，有效保證了一些機(jī)密領(lǐng)域(如航空、核電、軍工等行業(yè))機(jī)密數(shù)據(jù)的安全性問(wèn)題。同時(shí)也降低了后處理過(guò)程中的誤差累積，使產(chǎn)品精度更高，尤其在汽車、飛機(jī)、核電等高端精密的機(jī)械行業(yè)。3D打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自然無(wú)縫連接，沒有分模線，沒有不必要的縫隙，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，剛性、強(qiáng)度也顯著高于傳統(tǒng)制造工藝。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)相比，可使機(jī)械加工的效率提高3．5倍，產(chǎn)品開發(fā)周期縮短30％．90％，生產(chǎn)成本節(jié)省30％．50％。

(3)產(chǎn)品種類的多樣性、個(gè)性化設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備受功能的限制，制造出的產(chǎn)品種類也十分有限。但3D打印技術(shù)不需要購(gòu)置新的機(jī)械設(shè)備，不需要培養(yǎng)新的專業(yè)技術(shù)人員，只利用同一臺(tái)3D打印機(jī)便可打印出無(wú)數(shù)種不同形態(tài)的產(chǎn)品，能成型出傳統(tǒng)工藝無(wú)法達(dá)到的免組裝結(jié)構(gòu)和復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用戶個(gè)性化定制體驗(yàn)。設(shè)計(jì)師與產(chǎn)品之間、設(shè)計(jì)師與用戶之間、用戶與產(chǎn)品之間的緊張、尷尬關(guān)系因3D打印技術(shù)的出現(xiàn)而得到了緩解。

(4)產(chǎn)品的一體化成型制造
傳統(tǒng)的大規(guī)模系統(tǒng)生產(chǎn)需要先分別生產(chǎn)出不同的零部件，然后由工人或者機(jī)器人在組裝生產(chǎn)線上對(duì)其進(jìn)行組裝調(diào)整。零部件越多的產(chǎn)品組裝所消耗的人力、時(shí)間成本越大。最典型的例子便是電子電路的制造過(guò)程，人們必須先通過(guò)不同的機(jī)械設(shè)備單獨(dú)逐一將內(nèi)部的塑料和陶瓷零件制造出來(lái)，然后進(jìn)行組裝，形成電子電路金屬部件。3D打印則可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的一體化成型，通過(guò)分層分區(qū)域制造，在同一時(shí)間可以運(yùn)用不同的材料打印出不同的零部件，減少了許多中間環(huán)節(jié)，除去了繁雜的組裝工序，并節(jié)約了人力物力。用傳統(tǒng)方式制造零部件，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程一般需要持續(xù)幾個(gè)月之久，而3D打印技術(shù)可能只需要幾年甚至幾個(gè)小時(shí)，大大提高了生產(chǎn)效率。波音公司利用3D打印一體化成型技術(shù)打印一架噴氣式客機(jī)的導(dǎo)管，一個(gè)整體代替了20多個(gè)組件，有效減少組件存儲(chǔ)空間，降低管理開銷。

(5)技術(shù)、形態(tài)的不受限設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的制造技術(shù)受到工具、科技水平、加工方式等的限制，制造出的產(chǎn)品形態(tài)也受到制約。例如，制模機(jī)只能制作模鑄造型，傳統(tǒng)木質(zhì)車床只能生產(chǎn)圓形的產(chǎn)品，軋機(jī)只能與銑刀配合加工組裝的零件。而3D打印技術(shù)可以突破這些限，為設(shè)計(jì)師提供了更多的可能性。同時(shí)，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)可可能使很多老產(chǎn)品得以再次被挖掘并改良再設(shè)計(jì)，帶來(lái)全新的非凡創(chuàng)造。

(6)3D打印機(jī)器的較強(qiáng)操作性
傳統(tǒng)工藝品制造需要專業(yè)工匠掌握熟練的專業(yè)技能，即使是在批量化生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)時(shí)代，仍需要大量的經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人士對(duì)機(jī)器進(jìn)行操作和校準(zhǔn)。3D打印開創(chuàng)了新的商業(yè)模式，即使再?gòu)?fù)雜的物品，只要獲得計(jì)算機(jī)源文件，任何人在任何環(huán)境下都有可能將物品進(jìn)行生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)單易行。非技能制造為普通人在遠(yuǎn)程環(huán)境或極端情況下制造產(chǎn)品提供了 可能性。

(7)制造機(jī)器較高的便攜性
相較于傳統(tǒng)制造機(jī)器，3D打印機(jī)的生產(chǎn)能力更為強(qiáng)大。例如，受到機(jī)器物理體積的限制，傳統(tǒng)的注塑機(jī)只能生產(chǎn)比自身體積小很多的產(chǎn)品，而3D打印機(jī)由于體積小，方便自由移動(dòng)，故可以制造與打印臺(tái)一樣大的產(chǎn)品。較高便攜性的優(yōu)勢(shì)使3D打印機(jī)有望成為未來(lái)家庭或辦公室必備的生活必需品。目前市場(chǎng)上已有的家用3D打印機(jī)體積已與普通打印機(jī)基本一樣大。當(dāng)然，部分工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)還和傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備類似，需要特殊的生產(chǎn)環(huán)境，便攜性就不適用了。

(8)生產(chǎn)產(chǎn)品的綠色環(huán)保性
傳統(tǒng)的金屬加工方式，會(huì)讓近90％的金屬原料廢棄掉，容易造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，同時(shí)嚴(yán)重危害環(huán)境健康。3D打印技術(shù)的另一項(xiàng)隱形福利便是可使加工后的余料重復(fù)循環(huán)利用，不僅有效緩解了一些不可再生資源(如稀土金屬)的供需緊張關(guān)系，也大大降低了副產(chǎn)品、廢料的產(chǎn)生。同時(shí)，設(shè)計(jì)的全球“電子運(yùn)輸”取代原料和成品的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，使工廠可以就近生產(chǎn)產(chǎn)品，簡(jiǎn)化并消除了復(fù)雜的生產(chǎn)流水線和零部件供應(yīng)鏈，從環(huán)保角度降低了產(chǎn)品的碳排放量，提高了全球“資源生產(chǎn)效率”。隨著打印材料和技術(shù)的逐步發(fā)展，3D打印有望成為“零排放，凈成型”的更加環(huán)保的加工方法。3D打印對(duì)環(huán)保的另一大貢獻(xiàn)是其“零庫(kù)存”的特點(diǎn)，3D打印技術(shù)允許生產(chǎn)商按需生產(chǎn)制造產(chǎn)品，無(wú)需建立產(chǎn)品存儲(chǔ)機(jī)制，甚至也無(wú)需建立備件的庫(kù)存，減少了成本投入風(fēng)險(xiǎn)和廢棄產(chǎn)品的浪費(fèi)。尤其在軍事領(lǐng)域具有重要意義，當(dāng)軍方需要在外國(guó)軍事基地、戰(zhàn)斗前線保證武器儲(chǔ)備的充足供應(yīng)，通過(guò)部署3D打印機(jī)和原材料即可及時(shí)快速的保障軍事武器的持續(xù)儲(chǔ)備量，在未來(lái)研制成熟的3D打印技術(shù)能夠隨時(shí)打印零部件，減少了大量沉重備件的運(yùn)輸和裝配環(huán)節(jié)。

(9)原材料組合的多樣性生產(chǎn)

由于如今的工業(yè)設(shè)備是通過(guò)對(duì)原材料切割、鑄模、多維加工等工藝進(jìn)行加工的，故很難將不同性質(zhì)的原材料簡(jiǎn)單融合成很穩(wěn)定的新材料。而隨著3D打印技術(shù)對(duì)多材料融合的深入研究，為不同特性的材料混合提供了多種可能性，產(chǎn)生了很多具有獨(dú)特屬性和功能的功能梯度結(jié)構(gòu)和異質(zhì)材料結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了產(chǎn)品性能并有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化，也進(jìn)一步提高了材料的利用率。

(10)全球經(jīng)濟(jì)的本土化制造
3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用，改變了全球進(jìn)出口貿(mào)易的格局，進(jìn)口國(guó)對(duì)進(jìn)口的依賴減小，本地化生產(chǎn)可有效減少全球經(jīng)濟(jì)失衡的問(wèn)題。同時(shí)，3D打印市場(chǎng)未來(lái)的巨大潛力可帶動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，從工業(yè)到商業(yè)再到政府行業(yè)，從企業(yè)到家用個(gè)人，未來(lái)幾十年3D打印將遍布世界的每個(gè)角落，不斷增長(zhǎng)的客戶群會(huì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、打印機(jī)和耗材消費(fèi)等方面帶來(lái)數(shù)萬(wàn)億的業(yè)務(wù)資源。對(duì)于發(fā)展中國(guó)家，更加經(jīng)濟(jì)的本地可再生資源使其對(duì)進(jìn)口國(guó)外先進(jìn)且昂貴的技術(shù)和材料的依賴性大大降低，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，造福本國(guó)人民。而對(duì)于逐步步入老齡化的發(fā)達(dá)國(guó)家，3D產(chǎn)業(yè)減少了本國(guó)昂貴勞動(dòng)力和需要依靠國(guó)外廉價(jià)勞動(dòng)力的需求，有利于提高本國(guó)的整體生產(chǎn)能力。

(11)制造業(yè)與服務(wù)業(yè)的密切關(guān)系
3D產(chǎn)業(yè)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的又一大影響是制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的產(chǎn)業(yè)邊界日益模糊化，使各行業(yè)之間不再是之前的簡(jiǎn)單分工關(guān)系，而呈現(xiàn)出一種互相融合、日益密切的發(fā)展趨勢(shì)。制造型企業(yè)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取各類用戶服務(wù)要求，將各個(gè)生產(chǎn)要素的配置成本最低化。另一方面，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為服務(wù)銷售提供了更廣泛的渠道，促進(jìn)了新產(chǎn)品在短時(shí)間內(nèi)行銷全球的能力。隨著體驗(yàn)社會(huì)的來(lái)臨，產(chǎn)品的體驗(yàn)、服務(wù)性價(jià)值在整個(gè)產(chǎn)品使用價(jià)值中的比重越來(lái)越大，這要求制造商和經(jīng)銷商必須緊密配合，不光提供產(chǎn)品的基本使用功能，還要在其配套的一系列后續(xù)隱性服務(wù)(如配套信息系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、產(chǎn)品維修保養(yǎng)服務(wù)等)中發(fā)揮積極的作用，只有這樣才能提高產(chǎn)品的綜合實(shí)力，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的當(dāng)今社會(huì)獲得一席之地。

(12)生產(chǎn)模式的小型化變革
在傳統(tǒng)的工業(yè)化制造流程中，自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的參數(shù)一旦確定，便很難做出修改，故適合于單一種類產(chǎn)品的制造。而3D打印技術(shù)使制造系統(tǒng)更加靈活、包容，以重新排列組合、再次反復(fù)利用及更新系統(tǒng)或子系統(tǒng)的組合方式等方法，可進(jìn)行快速調(diào)整，以適應(yīng)不同的打印生產(chǎn)任務(wù)。3D打印技術(shù)帶來(lái)的“第三次工業(yè)革命”在信息時(shí)代的大背景下使大量實(shí)體物質(zhì)流成功轉(zhuǎn)化為虛擬化的信息流，有可能從根本上改變?cè)猩a(chǎn)的組織模式。一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)3D打印機(jī)便可進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)和制造工作，這種低門檻的生產(chǎn)模式削弱了大型企業(yè)集約式的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，增加了中小型企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)家的生存機(jī)會(huì)，使大規(guī)模工廠化的生產(chǎn)轉(zhuǎn)向社會(huì)化、社區(qū)化甚至個(gè)人化的全新模式。