想象一下，3D打印是否能實現(xiàn)在家里或辦公室打印一部完整的功能性智能手機。3D打印(3DP)，又名增材制造(AM)，可以將未來的工廠重新定義為一個適合桌面的設備。

這個目標還有一段路要走，但是3D打印已經在制造電子產品，比如連接器，印刷電路板、射頻放大器、太陽能組件、嵌入式電子設備和外殼。據(jù)一家機構稱，打印技術和材料的進步幫助3D打印實現(xiàn)了它的工業(yè)潛力報告由在線制造平臺Hubs編制。

“作為一個行業(yè)，我們肯定處于一個轉折點，很多人都愿意打印最終用途的零件，Markforged3D打印機制造商，這與五年前相比有了很大的不同。”薩姆·曼寧說到。

在整個制造業(yè)中，3DP解決了很多行業(yè)特有的問題，制造商不再需要依賴海外合作伙伴進行原型設計和生產，設計可以安全直接傳輸?shù)酱蛴C，降低知識產權被盜的風險。部件可以在消費點按所需的精確數(shù)量生產。這將企業(yè)從最低訂單要求和發(fā)貨/交付周期中解放出來。用供應鏈的話來說，3DP是“及時的制造工具”。

價值 297.2 億美元的全球 EMS 提供商 Flex 早在幾年前就將 3DP 確定為其工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略的支柱。設計和制造團隊通常對產品應該如何制造有不同的看法。3D制造通過提供即時原型和模型縮小了這一差距。隨著產品的開發(fā)，3D會為流程中的每一步創(chuàng)建一個數(shù)字存儲庫，可以快速整合設計變更并構建新的3D模型。

制造商也意識到 3DP 在成本和可持續(xù)發(fā)展方面的優(yōu)勢。從原材料到紙板箱的浪費在很大程度上得以消除。庫存不再需要在倉庫中儲存和維護。運輸和交付成本極低。根據(jù) Hubs 的報告，通過切片機優(yōu)化、智能部件定位、批量布局和后處理，流程自動化正在提高打印速度、質量和一致性。

切片是將3D模型轉換為打印機指令集的過程。

曼寧說:“工廠將不再需要每年都進行存儲，以確保有合適的零件庫存，或者在沒有所需零件的情況下，坐以待斃?，F(xiàn)在的模式是'拿一個，做一個'”。

越來越多的軟件解決方案將 3D 打印生產鏈中的各個階段聯(lián)系起來并實現(xiàn)自動化。Markforged 開發(fā)了自己的軟件。全自動工作流程實現(xiàn)了無人值守的 3D 打印，工廠幾乎無需人工監(jiān)管。

“我們的軟件可以確保切片準確無誤，并在打印之前對零件進行模擬，以確保拉伸強度。從那時起，你就擁有了一個數(shù)字化的零件庫?！甭鼘幷f。

3DP/AM領域由硬件(主要是打印機)、材料和軟件組成。據(jù)Hubs報道，大幅面金屬AM領域取得了重大進展。SLM Solutions正在為美國空軍建造一個具有1.5米Z軸的激光-粉末-床-融合系統(tǒng)，該系統(tǒng)將使用多臺激光器來生產大型金屬零件。

大型復合材料專家Caracol正在開發(fā)一種近凈形金屬線電弧調幅系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用金屬線原料和機器人焊接臂來創(chuàng)建大型結構或修復金屬零件。

迄今為止，最大的 3DP 產品是波音公司使用的修剪工具。在對波音 777x 機翼表皮進行加工和鉆孔時，該工具可以固定機翼表皮。

3DP 材料包括越來越多的工程熱塑性塑料和樹脂、復合材料、聚合物粉末和金屬粉末。在熔融堆積建模方面，非平面打印技術取得了突破性進展，其軟件可以打印出彎曲的線條、消除懸臂支撐并提高垂直強度。

“我們不僅僅制造打印機”曼寧說?！拔覀冎圃觳牧?，處理軟件，當你有一個完整的生態(tài)系統(tǒng)一起工作，所有人都不斷從人工智能和人工智能中學習，這將增加(3DP)的采用率?！?/p>

Markforged可以立即將設計發(fā)送到13000臺通過ISO安全認證的連接打印機中的任何一臺?！爱斈憧紤]如何解決目前的供應鏈問題時，你所要做的就是點擊'發(fā)送'和'打印'。”曼寧說。

產品是否是智能手機或墊圈，3DP非常適合于原型制作、加工和大規(guī)模定制。原型在大規(guī)模生產之前評估產品的設計和功能。新的設計或功能可以更靈活地迭代、測試和驗證。

曼寧說：“我認為，我們將看到的最大應用之一是，與其將 AM 用于快速原型設計和打印，不如在按下'打印'鍵之前就在云端迭代產品。你將確切地知道零件在強度和耐用性方面的規(guī)格?！?/span>

工具制造涉及為生產制造專用設備。憑借按需生產工具、夾具、固定裝置和裝配輔助工具的能力，3D 打印可以最大限度地減少機器停機時間，提高生產靈活性，并提供定制解決方案。豐田將 AM 用于工具制造，并將靈活性、更快的交付周期和設計自由度作為三大優(yōu)勢。

3D打印也為小批量制造提供了一種經濟可行的方法。企業(yè)可以提供限量版產品和零部件生產，同時將成本降至最低。豐田正在使用惠普3D打印技術按需制造替換零件以及短期終端使用部件。

3DP實現(xiàn)了經濟高效的大規(guī)模定制。CAD文件可以根據(jù)客戶需求進行修改，產品可以批量打印?？萍汲鮿?chuàng)公司Formify利用3D打印技術，根據(jù)客戶的手部圖像，生產定制的符合人體工程學的電腦鼠標。

“供應鏈正在努力盡可能高效地運行”曼寧說。但市場上廣泛出現(xiàn)的情況是，越來越多的人需要定制產品。因此，從本質上講，每件產品的生產量會減少，所以運輸 50 件產品會比運輸 5 件產品更緊湊。3DP 能夠做到的就是現(xiàn)場打印這五件產品。大多數(shù)企業(yè)都擔心自己的底線。一旦你能進行小批量定制，更多的公司就會關注 [3DP]，并找到能讓公司受益的方法。

批量生產是連續(xù)生產多個相同產品以提高效率的過程。Hubs 報道說，隨著工作流程日益數(shù)字化和自動化，制造商更容易全天候生產零件。在3D打印技術中，批量生產尤其適用于小型零件，因為一次構建可以容納多個零件。例如，Protolabs利用150臺3D打印機，每年生產多達100萬個零件。

制造商一直面臨著提高效率和降低成本的壓力，同時還要成為負責任的環(huán)境管理者。3DP 在制造商的綠色計劃中發(fā)揮著主導作用。例如，與計算機數(shù)控（CNC）加工等減法制造工藝相比，3DP 產生的材料浪費更少。對于基于粉末的打印，可以重復使用和回收粉末。

3DP的功耗也更低。Markforged客戶Athena Manufacturing進行無人值守制造。Athena的機器人可以移除打印床，將它們放在一邊，并放在一個新的打印床上。然后第二個機器人按下“打印”按鈕。曼寧說:“他們不斷生產零件——不是快速原型，而是要送給客戶的最終零件。”

據(jù) Hubs 稱，人工智能驅動的軟件工具還能最大限度地降低打印失敗的風險，優(yōu)化 CAD 設計以適應打印工藝，從而幫助減少添加劑浪費。

作為一種數(shù)字化制造方法，3D打印可以在當?shù)厣a零件，無需復雜的物流和運輸。分布式制造網絡可以通過提供對全世界合格制造商的訪問來促進本地3D打印。智能零件設計正在幫助航空航天和汽車行業(yè)實現(xiàn)更高的燃油效率。通過增加部件的重量，飛機和車輛可以消耗更少的燃料。據(jù)Hubs報道，將飛機重量減輕20%可以提高10%的燃油效率。

最后，像汽車和飛機可以延長它們的使用壽命。這些產品中使用的組件經常會過時。3D打印可以按需生產替換零件。備件可以在家里或辦公室打印。

據(jù)Hubs稱，2022年，包括3D打印系統(tǒng)、軟件、材料和服務在內的3DP市場收入達到170億美元，年增長率為13%。根據(jù)其預測，2023 年的復合年增長率為 17%，達到 199 億美元。

"3D打印是工程師的另一種工"曼寧說。"它不會取代傳統(tǒng)制造。但工程師們開始學習增材制造課程。在設計時，從增材制造的角度思考問題是非常不同的。之后的五年里，我們希望工程師們能像傳統(tǒng)思維一樣進行增材制造思維。