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3D打印技术优势浅析

阅读 218 发布时间:2017-03-28 16:45

   3D打印是增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)的俗称,是一种依据三维CAD设计数据,采用离散材料(液体、粉末、丝、片、板、块等)逐层累加制造物体的技术。相对于传统的材料去除方式、材料成型方式,3D打印是一种自下而上材料累加的制造工艺,自20世纪80年代开始逐步发展,也被称为快速成型(Rapid Prototyping)、分层制造(Layered Manufacturing)等.《经济学人》杂志在其2012年的一期专题报导中称,3D打印技术的发展与逐渐成熟,是第三次工业革命的重要标志之一.

1、3D打印与第三次工业革命相互促进

   所谓第三次工业革命,实质就是以数字制造技术、互联网技术和再生能源技术的重大创新与融合为代表,从而导致工业、产业乃至社会发生重大变革,这一过程不仅将推动一批新兴产业诞生与发展以替代已有产业,还将导致社会生产方式、制造模式甚至生产组织方式等方面的重要变革,最终使人类进入生态和谐、绿色低碳、可持续发展的社会。

   第三次工业革命的一个重要特征是生产方式变革,即由大规模生产向大规模定制、个性化定制转变.现在的生产方式是大规模标准化、用机器生产机器的方式;新的生产方式,是以互联网为支撑的智能化大规模定制的方式,标志着个性化定制、生产社会化时代的到来.

   回顾过去的两次工业革命,不难看到许多分布各地的小作坊,这也许是生产社会化的雏形.但是这些小作坊大多作为大工厂的补充,它们的任务是辅助大工厂的集约化大生产.在第三次工业革命的到来中,分散式的社会化协作将会成为主体,不同的是新的小作坊不是进行附加值很低的商品化生产,而是高附加值的商品设计与创作。

   在这一形势下,3D打印技术的出现恰逢其时.它作为一种高效、分散式生产工具,带我们进入个性化与社会化创造的时代,并且将会把商品生产推向多元化、个性化生产模式。

2、3D打印将使长尾市场无限延伸

   长尾理论(The Long Tail)[3]是由美国《连线》杂志主编克里斯·安德森在2004年提出的,用来描述诸如亚马逊之类网站的商业和经济模式.它是指当商品储存、流通的渠道足够宽广,商品的生产销售成本急剧下降时,那些原来不受到重视的销量小、但种类多的产品或服务由于总量巨大,累积起来的总收益超过主流产品的现象.即涓涓细流,汇聚成河,众多小市场汇聚成可与主流大市场相匹敌的市场能量。

   长尾理论直到2004年才被提出是有原因的.虽然这种现象过去一直就有,但是直到现在才成为一种显著的趋势,是因为长尾背后需要有两股力量:一是充足的供给,其二是网络的流行.充足的供给解决了商品的生产问题,网络的流行解决了商品的流通问题。

   3D打印恰恰暗合了长尾背后的两股力量,那就是富裕的供给和便捷的网络.3D打印赋予普通人以制造的能力,促进了个性化定制与生产社会化,使得人人都能生产制造,同时3D打印的产品都可通过数字形式存储,完全打破物理货架限制,产品存储几乎无限,这些必定使得3D打印产品具有富裕的供给;数字形式的产品使得人们可以更加方便地搜索到自己所需的商品,加上便捷的网络,这样用户购买你的产品的渠道就仅仅需要宽带下载的方式就够了,完全是一种打破原子的方式。

   根据长尾理论,产品越偏向于数字形式,长尾就越往右延伸.因此,基于以上分析,3D打印技术将会给大规模工业经济带来的一次巨大冲击,将会使市场向长尾方向无限延伸。

3、3D打印的优势

159彩票(1)产品复杂度、多样化与成本无关.传统制造方式下,产品的形状越复杂,其制造成本就越高.同时,传统制造设备功能较少或单一,可加工的产品形状有限.而对一台3D打印机来说,它可以打印各种各样形状的产品,无论复杂还是简单形状的物体,并不对其制造成本产生太大影响.它无需机械加工或预制任何模具,这样极大地减小了复杂产品的制造难度,缩短了研制周期。

(2)零技能制造.传统工匠需要当几年学徒才能掌握所需要的技能.批量生产和计算机控制的制造机器降低了对技能的要求,然而传统的制造机器仍然需要熟练的专业人员进行机器调整和校准.利用3D打印技术制造同样复杂的产品,个人只需在电脑中进行智能化设计,然后将复杂作业流程转化为数字化文件,发送到3D打印机即可实现制造.整个过程中,用户根本无需掌握各种复杂的制造工艺和加工技能,这样大幅降低了制造业的技术门槛.

(3)个性化定制的优势.3D打印可以实现按需生产,减少了企业的实物库存,避免了大规模生产中大量未成交商品的资源浪费,更加环保.甚至,产品可按需就近就地打印,从而减少产品的物流运输成本.

159彩票    上述优势使得3D打印非常适合以下几类产品的快速制造:(1)复杂结构.如传统方法难以加工的自由曲面叶片、复杂内流道等,甚至是无法加工的如内部镂空结构等;(2)个性化定制产品.如珠宝、人体器官、文化创意等个性化定制生产、小批量生产以及产品大规模生产前的研发与验证性制造;(3)高附加值产品.如航空航天、生物医疗以及珠宝等高附加值产品.

   需要指出的是,从国内外的研究与应用情况看,3D打印技术与传统机加工、铸、锻、焊、模具工艺的技术相比,首先它在产品尺寸精度和表面质量与后者相差较大,后处理比较繁琐,产品性能还达不到许多高端金属结构件的要求;其次,它在加工速度以及大批量生产效率方面还比较低,不能完全满足工业领域的需求;最后,3D打印设备和耗材成本仍然很高,如基于金属粉末的打印成本远高于传统制造的成本。

   因此,3D打印技术虽然是对传统制造技术的一次革命性突破,但它却不可能完全取代切削、铸锻等传统制造技术,两者之间应是一种相互支持与补充,共同完善与发展的良性合作关系。


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