3D打印技術(shù)從原型設(shè)計(jì)走向批量生產(chǎn)
魔猴君 行業(yè)資訊 2616天前
據(jù)了解，多家3D打印設(shè)備制造商在連續(xù)打印、制造鏈系統(tǒng)整合、質(zhì)量控制等領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)際應(yīng)用，意味著3D打印離“批量生產(chǎn)”越來越近。在2015年5月公布的《中國制造2025》國家戰(zhàn)略規(guī)劃中，指定的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一就是“增材制造”。
雖然3D打印技術(shù)已有30多年歷史，但應(yīng)用時(shí)間不長，市場規(guī)模也不大。市場研究機(jī)構(gòu)IDC2017年初發(fā)布的報(bào)告指出，2016年全球在3D打印機(jī)上的支出以及相關(guān)軟件、材料和服務(wù)為132億美元，而3D打印行業(yè)權(quán)威研究機(jī)構(gòu)Wohlers統(tǒng)計(jì)出的市場規(guī)模則為60.63億美元。無論統(tǒng)計(jì)如何，3D打印在制造業(yè)領(lǐng)域仍是個(gè)“小行業(yè)”。
“3D打印是一種新興的制造工藝，現(xiàn)在所有的制造產(chǎn)業(yè)都已有一套很成熟的流程或系統(tǒng)。作為一項(xiàng)新技術(shù)，從現(xiàn)狀來講它并不是100%必要的?！钡聡?D打印公司EOS大中華區(qū)總經(jīng)理吳承軒表示，對(duì)3D打印行業(yè)而言，當(dāng)前重點(diǎn)是如何讓客戶從非必要的技術(shù)中“發(fā)現(xiàn)必要性”。
3D打印最開始應(yīng)用在原型設(shè)計(jì)領(lǐng)域，即簡化傳統(tǒng)工藝的“設(shè)計(jì)-模具-生產(chǎn)”流程，直接從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，快速呈現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思，及時(shí)反饋結(jié)果，縮短研發(fā)周期。
隨著技術(shù)發(fā)展，3D打印開始制造最終部件或產(chǎn)品，應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域。從產(chǎn)品種類看，大致分為兩類，一類是最終產(chǎn)品的零部件，一類是生產(chǎn)領(lǐng)域的輔助性工具。
據(jù)了解，負(fù)責(zé)開發(fā)與生產(chǎn)歐洲運(yùn)載火箭Ariane 6的Ariane Group就在火箭中使用了3D打印技術(shù)，將原本由248個(gè)單獨(dú)零部件組成的產(chǎn)品功能集成化為僅一個(gè)組件，實(shí)現(xiàn)成本降低50%并大幅縮短了生產(chǎn)時(shí)間。
近期舉行的“第二屆SAMA國際論壇暨2017世界3D打印年會(huì)”上，美國通用電氣（GE）中央研究院制造技術(shù)全球技術(shù)總監(jiān)魏斌介紹，GE應(yīng)用3D打印技術(shù)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴，將原來的20個(gè)零部件簡化為1個(gè)，燃油噴嘴減重25%。
另一個(gè)更接地氣的例子是東方航空（600115.SH）的3D打印飛機(jī)零部件產(chǎn)品。據(jù)報(bào)道，東航曾在接收首批波音777-300ER型客機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)，客艙的部分指示牌標(biāo)識(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，于是成立了專門的項(xiàng)目組“打印”了新的指示牌。傳統(tǒng)的訂貨周期長達(dá)180天，而3D打印僅需一晚就能拿到成品，“采購成本也從1000美元降至30元人民幣。”
模具是相對(duì)較大的一塊市場。吳承軒此前在接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者專訪時(shí)表示，模具分很多類型和成型工藝，一般的注塑模具屬于傳統(tǒng)行業(yè)，對(duì)成本非常敏感，3D打印有望在這一行業(yè)中發(fā)揮特點(diǎn)，為生產(chǎn)注塑模具創(chuàng)造價(jià)值。
盡管3D打印已經(jīng)在部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)和產(chǎn)品上得以應(yīng)用，但在從業(yè)者眼中，這顯然只是個(gè)開始。各大3D打印制造商們都在積極推進(jìn)該技術(shù)進(jìn)入量產(chǎn)領(lǐng)域。
事實(shí)上，量產(chǎn)已經(jīng)有了很好的先例，就是前述的GE發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴。據(jù)悉，這樣的噴嘴，GE每年要生產(chǎn)3.5萬-4萬個(gè)。與傳統(tǒng)制造相比，3D打印產(chǎn)品難以量產(chǎn)主要有成本、效率和質(zhì)量三個(gè)方面。目前階段而言，成本的大幅下降并不現(xiàn)實(shí)。
3D打印的成本主要有三塊：設(shè)備、材料和人力。其中，高端設(shè)備和原材料的價(jià)格都相對(duì)穩(wěn)定，都暫未出現(xiàn)折價(jià)跡象，而在人力成本節(jié)省方面部分公司開始有一些自動(dòng)化探索，總體影響不大。為提高打印效率，Stratasys開發(fā)出一套連續(xù)打印系統(tǒng)，可基于云平臺(tái)控制實(shí)現(xiàn)小批量打印，在不同時(shí)間地點(diǎn)，既可以打印一種零件，也可以打印多種零件。
此外，Stratasys目前還與部分合作伙伴共同開發(fā)了一種“無限打印”的概念型產(chǎn)品："3D Demonstrator"，目前還未投入市場，僅在波音公司等合作伙伴內(nèi)部使用，用于制作較大尺寸的工具和零件。
“傳統(tǒng)3D打印是z軸打印，即從下往上一層一層增加，這款產(chǎn)品是在x軸打印，即橫向打印，像傳輸機(jī)一樣，可以一邊打印一邊輸出，如此一來，尺寸的局限能夠被克服?！钡陨徸咏榻B。
不僅如此，這款設(shè)備還采取了精準(zhǔn)的CNC運(yùn)動(dòng)控制，打印系統(tǒng)速度提升了9倍，而材料方面也能實(shí)現(xiàn)高度的復(fù)合性。此外，它還克服了傳統(tǒng)3D的“各向異性”特征，與傳統(tǒng)的鑄造材料一樣，是各向同性，即各個(gè)方向都有相同的性能，因此有望被用于工廠生產(chǎn)。
而在目前相當(dāng)有限產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域，材料及產(chǎn)品的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)往往是落后一步的。以前述東航研發(fā)的3D打印指示牌為例，雖然一個(gè)晚上便能拿到成品，但是整個(gè)過程周期也不短：僅參照民航局要求找到適合3D打印的材料就花了一個(gè)月左右的時(shí)間。
Stratasys對(duì)此的應(yīng)對(duì)是，在他們的航空內(nèi)飾解決方案中，提前向FAA（美國聯(lián)邦航空管理局）和EASA（歐洲航空安全局）申請(qǐng)了認(rèn)證，此后，材料和打印流程便可以直接應(yīng)用在產(chǎn)品中。
盡管這種模式會(huì)給制造商們帶來更大的工作量，但這卻是3D打印量產(chǎn)化推廣中不得不做的一件事。而更大的挑戰(zhàn)在于，很多行業(yè)沒有專門的機(jī)構(gòu)做這樣的認(rèn)證，如何取得制造廠商的信任便成為一個(gè)問題。
“我個(gè)人覺得，早期只可能會(huì)在一些不太關(guān)鍵的零部件上使用3D打印，相對(duì)來說它們還是比較脆的，不敢讓它們受力。” 2017世界3D打印年會(huì)現(xiàn)場一位知名制造商的研發(fā)人員表示。盡管市場方向并不十分明朗，但在批量生產(chǎn)領(lǐng)域布局的，不止Stratasys一家。
EOS方面表示，他們已經(jīng)與Siemens PLM Software、SAP合作，將3D打印軟件和產(chǎn)品生命周期管理軟件（PLM）進(jìn)行無縫集成，并提升了在制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)中的整合，用戶不僅可以在單一軟件環(huán)境中高效地完成模型設(shè)計(jì)到3D打印流程的工作，還可以及時(shí)反饋部件的完成情況。
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