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3D打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)淺析

閱讀 3564 發(fā)布時(shí)間:2017-03-28 16:45

   3D打印是增材制造技術(shù)(Additive Manufacturing,AM)的俗稱,是一種依據(jù)三維CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),采用離散材料(液體、粉末、絲、片、板、塊等)逐層累加制造物體的技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除方式、材料成型方式,3D打印是一種自下而上材料累加的制造工藝,自20世紀(jì)80年代開始逐步發(fā)展,也被稱為快速成型(Rapid Prototyping)、分層制造(Layered Manufacturing)等.《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志在其2012年的一期專題報(bào)導(dǎo)中稱,3D打印技術(shù)的發(fā)展與逐漸成熟,是第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志之一.

1、3D打印與第三次工業(yè)革命相互促進(jìn)

   所謂第三次工業(yè)革命,實(shí)質(zhì)就是以數(shù)字制造技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和再生能源技術(shù)的重大創(chuàng)新與融合為代表,從而導(dǎo)致工業(yè)、產(chǎn)業(yè)乃至社會(huì)發(fā)生重大變革,這一過(guò)程不僅將推動(dòng)一批新興產(chǎn)業(yè)誕生與發(fā)展以替代已有產(chǎn)業(yè),還將導(dǎo)致社會(huì)生產(chǎn)方式、制造模式甚至生產(chǎn)組織方式等方面的重要變革,最終使人類進(jìn)入生態(tài)和諧、綠色低碳、可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)。

   第三次工業(yè)革命的一個(gè)重要特征是生產(chǎn)方式變革,即由大規(guī)模生產(chǎn)向大規(guī)模定制、個(gè)性化定制轉(zhuǎn)變.現(xiàn)在的生產(chǎn)方式是大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化、用機(jī)器生產(chǎn)機(jī)器的方式;新的生產(chǎn)方式,是以互聯(lián)網(wǎng)為支撐的智能化大規(guī)模定制的方式,標(biāo)志著個(gè)性化定制、生產(chǎn)社會(huì)化時(shí)代的到來(lái).

   回顧過(guò)去的兩次工業(yè)革命,不難看到許多分布各地的小作坊,這也許是生產(chǎn)社會(huì)化的雛形.但是這些小作坊大多作為大工廠的補(bǔ)充,它們的任務(wù)是輔助大工廠的集約化大生產(chǎn).在第三次工業(yè)革命的到來(lái)中,分散式的社會(huì)化協(xié)作將會(huì)成為主體,不同的是新的小作坊不是進(jìn)行附加值很低的商品化生產(chǎn),而是高附加值的商品設(shè)計(jì)與創(chuàng)作。

   在這一形勢(shì)下,3D打印技術(shù)的出現(xiàn)恰逢其時(shí).它作為一種高效、分散式生產(chǎn)工具,帶我們進(jìn)入個(gè)性化與社會(huì)化創(chuàng)造的時(shí)代,并且將會(huì)把商品生產(chǎn)推向多元化、個(gè)性化生產(chǎn)模式。

2、3D打印將使長(zhǎng)尾市場(chǎng)無(wú)限延伸

   長(zhǎng)尾理論(The Long Tail)[3]是由美國(guó)《連線》雜志主編克里斯·安德森在2004年提出的,用來(lái)描述諸如亞馬遜之類網(wǎng)站的商業(yè)和經(jīng)濟(jì)模式.它是指當(dāng)商品儲(chǔ)存、流通的渠道足夠?qū)拸V,商品的生產(chǎn)銷售成本急劇下降時(shí),那些原來(lái)不受到重視的銷量小、但種類多的產(chǎn)品或服務(wù)由于總量巨大,累積起來(lái)的總收益超過(guò)主流產(chǎn)品的現(xiàn)象.即涓涓細(xì)流,匯聚成河,眾多小市場(chǎng)匯聚成可與主流大市場(chǎng)相匹敵的市場(chǎng)能量。

   長(zhǎng)尾理論直到2004年才被提出是有原因的.雖然這種現(xiàn)象過(guò)去一直就有,但是直到現(xiàn)在才成為一種顯著的趨勢(shì),是因?yàn)殚L(zhǎng)尾背后需要有兩股力量:一是充足的供給,其二是網(wǎng)絡(luò)的流行.充足的供給解決了商品的生產(chǎn)問題,網(wǎng)絡(luò)的流行解決了商品的流通問題。

   3D打印恰恰暗合了長(zhǎng)尾背后的兩股力量,那就是富裕的供給和便捷的網(wǎng)絡(luò).3D打印賦予普通人以制造的能力,促進(jìn)了個(gè)性化定制與生產(chǎn)社會(huì)化,使得人人都能生產(chǎn)制造,同時(shí)3D打印的產(chǎn)品都可通過(guò)數(shù)字形式存儲(chǔ),完全打破物理貨架限制,產(chǎn)品存儲(chǔ)幾乎無(wú)限,這些必定使得3D打印產(chǎn)品具有富裕的供給;數(shù)字形式的產(chǎn)品使得人們可以更加方便地搜索到自己所需的商品,加上便捷的網(wǎng)絡(luò),這樣用戶購(gòu)買你的產(chǎn)品的渠道就僅僅需要寬帶下載的方式就夠了,完全是一種打破原子的方式。

   根據(jù)長(zhǎng)尾理論,產(chǎn)品越偏向于數(shù)字形式,長(zhǎng)尾就越往右延伸.因此,基于以上分析,3D打印技術(shù)將會(huì)給大規(guī)模工業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的一次巨大沖擊,將會(huì)使市場(chǎng)向長(zhǎng)尾方向無(wú)限延伸。

3、3D打印的優(yōu)勢(shì)

(1)產(chǎn)品復(fù)雜度、多樣化與成本無(wú)關(guān).傳統(tǒng)制造方式下,產(chǎn)品的形狀越復(fù)雜,其制造成本就越高.同時(shí),傳統(tǒng)制造設(shè)備功能較少或單一,可加工的產(chǎn)品形狀有限.而對(duì)一臺(tái)3D打印機(jī)來(lái)說(shuō),它可以打印各種各樣形狀的產(chǎn)品,無(wú)論復(fù)雜還是簡(jiǎn)單形狀的物體,并不對(duì)其制造成本產(chǎn)生太大影響.它無(wú)需機(jī)械加工或預(yù)制任何模具,這樣極大地減小了復(fù)雜產(chǎn)品的制造難度,縮短了研制周期。

(2)零技能制造.傳統(tǒng)工匠需要當(dāng)幾年學(xué)徒才能掌握所需要的技能.批量生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)控制的制造機(jī)器降低了對(duì)技能的要求,然而傳統(tǒng)的制造機(jī)器仍然需要熟練的專業(yè)人員進(jìn)行機(jī)器調(diào)整和校準(zhǔn).利用3D打印技術(shù)制造同樣復(fù)雜的產(chǎn)品,個(gè)人只需在電腦中進(jìn)行智能化設(shè)計(jì),然后將復(fù)雜作業(yè)流程轉(zhuǎn)化為數(shù)字化文件,發(fā)送到3D打印機(jī)即可實(shí)現(xiàn)制造.整個(gè)過(guò)程中,用戶根本無(wú)需掌握各種復(fù)雜的制造工藝和加工技能,這樣大幅降低了制造業(yè)的技術(shù)門檻.

(3)個(gè)性化定制的優(yōu)勢(shì).3D打印可以實(shí)現(xiàn)按需生產(chǎn),減少了企業(yè)的實(shí)物庫(kù)存,避免了大規(guī)模生產(chǎn)中大量未成交商品的資源浪費(fèi),更加環(huán)保.甚至,產(chǎn)品可按需就近就地打印,從而減少產(chǎn)品的物流運(yùn)輸成本.

   上述優(yōu)勢(shì)使得3D打印非常適合以下幾類產(chǎn)品的快速制造:(1)復(fù)雜結(jié)構(gòu).如傳統(tǒng)方法難以加工的自由曲面葉片、復(fù)雜內(nèi)流道等,甚至是無(wú)法加工的如內(nèi)部鏤空結(jié)構(gòu)等;(2)個(gè)性化定制產(chǎn)品.如珠寶、人體器官、文化創(chuàng)意等個(gè)性化定制生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)以及產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)前的研發(fā)與驗(yàn)證性制造;(3)高附加值產(chǎn)品.如航空航天、生物醫(yī)療以及珠寶等高附加值產(chǎn)品.

   需要指出的是,從國(guó)內(nèi)外的研究與應(yīng)用情況看,3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)加工、鑄、鍛、焊、模具工藝的技術(shù)相比,首先它在產(chǎn)品尺寸精度和表面質(zhì)量與后者相差較大,后處理比較繁瑣,產(chǎn)品性能還達(dá)不到許多高端金屬結(jié)構(gòu)件的要求;其次,它在加工速度以及大批量生產(chǎn)效率方面還比較低,不能完全滿足工業(yè)領(lǐng)域的需求;最后,3D打印設(shè)備和耗材成本仍然很高,如基于金屬粉末的打印成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造的成本。

   因此,3D打印技術(shù)雖然是對(duì)傳統(tǒng)制造技術(shù)的一次革命性突破,但它卻不可能完全取代切削、鑄鍛等傳統(tǒng)制造技術(shù),兩者之間應(yīng)是一種相互支持與補(bǔ)充,共同完善與發(fā)展的良性合作關(guān)系。


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