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3D打印的優(yōu)勢
3D打印將精準(zhǔn)的數(shù)字技術(shù)、工廠的可重復(fù)性和工匠的設(shè)計自由結(jié)合在一起,解放了人類創(chuàng)造東西的能力。本文是對當(dāng)下3D打印技術(shù)帶來便利的總結(jié),節(jié)選自中信出版社《3D打印:從想象到現(xiàn)實》一書。
大多數(shù)人次聽到3D打印時,他們就想到了那些老式的、常見的桌面打印機(jī)。噴墨打印機(jī)和3D打印機(jī)的區(qū)別是維度問題,桌面打印機(jī)是二維打印的,在平面紙張上噴涂彩色墨水,而3D打印機(jī)可以制造拿在手上的三維物體。3D打印機(jī)依據(jù)計算機(jī)指令,通過層層堆積原材料制造產(chǎn)品。在人類歷史的大部分時間里,我們通過切割原料或通過模具成型制造新的實體物品。
3D打印的技術(shù)名稱是“增材制造”,這是對實際打印過程比較貼切的描述。3D打印的制造技術(shù)讓我們能夠生產(chǎn)的各種形狀的物品。3D打印不是一種新技術(shù),3D打印機(jī)已在制造機(jī)加工車間默默地工作了幾十年。在過去的幾年里,由于受到計算能力、新型設(shè)計軟件、新材料、創(chuàng)新推動及互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)步的推動,3D打印技術(shù)發(fā)展迅速。
計算機(jī)在3D打印過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,沒有計算機(jī)發(fā)出的指令,3D打印機(jī)就會癱瘓。3D打印機(jī)正常運(yùn)作的前提是要輸入一個設(shè)計好的電子藍(lán)圖或設(shè)計文件,它們負(fù)責(zé)告訴3D打印機(jī)在哪里放置原材料。事實上,沒有連接計算機(jī)及設(shè)計文件的3D打印機(jī)是沒有用處的,就像沒有存儲音樂的iPod。
3D打印過程如下:3D打印機(jī)在設(shè)計文件指令的導(dǎo)引下,先噴出固體粉末或熔融的液態(tài)材料,使其固化為一個特殊的平面薄層。層固化后,3D打印機(jī)打印頭返回,在層外部形成另一薄層。第二層固化后,打印頭再次返回,并在第二層外部形成另一薄層。如此往復(fù),最終薄層累積成為三維物體。
3D打印機(jī)不像傳統(tǒng)制造機(jī)器那樣通過切割或模具塑造制造物品。通過層層堆積形成實體物品的方法從物理的角度擴(kuò)大了數(shù)字概念的范圍。對于要求具有精確的內(nèi)部凹陷或互鎖部分的形狀設(shè)計, 3D打印機(jī)是的加工設(shè)備,它可以將這樣的設(shè)計在實體世界中實現(xiàn)。
3D打印的優(yōu)勢:
優(yōu)勢1:制造復(fù)雜物品不增加成本。就傳統(tǒng)制造而言,物體形狀越復(fù)雜,制造成本越高。對3D打印機(jī)而言,制造形狀復(fù)雜的物品成本不增加,制造一個華麗的形狀復(fù)雜的物品并不比打印一個簡單的方塊消耗更多的時間、技能或成本。制造復(fù)雜物品而不增加成本將打破傳統(tǒng)的定價模式,并改變我們計算制造成本的方式。
優(yōu)勢2:產(chǎn)品多樣化不增加成本。一臺3D打印機(jī)可以打印許多形狀,它可以像工匠一樣每次都做出不同形狀的物品。傳統(tǒng)的制造設(shè)備功能較少,做出的形狀種類有限。3D打印省去了培訓(xùn)機(jī)械師或購置新設(shè)備的成本,一臺3D打印機(jī)只需要不同的數(shù)字設(shè)計藍(lán)圖和一批新的原材料。
優(yōu)勢3:無須組裝。3D打印能使部件一體化成型。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)建立在組裝線基礎(chǔ)上,在現(xiàn)代工廠,機(jī)器生產(chǎn)出相同的零部件,然后由機(jī)器人或工人(甚至跨洲)組裝。產(chǎn)品組成部件越多,組裝耗費(fèi)的時間和成本就越多。3D打印機(jī)通過分層制造可以同時打印一扇門及上面的配套鉸鏈,不需要組裝。省略組裝就縮短了供應(yīng)鏈,節(jié)省在勞動力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)。供應(yīng)鏈越短,污染也越少。
優(yōu)勢4:零時間交付。3D打印機(jī)可以按需打印。即時生產(chǎn)減少了企業(yè)的實物庫存,企業(yè)可以根據(jù)客戶訂單使用3D打印機(jī)制造出特別的或定制的產(chǎn)品滿足客戶需求,所以新的商業(yè)模式將成為可能。如果人們所需的物品按需就近生產(chǎn),零時間交付式生產(chǎn)能限度地減少長途運(yùn)輸?shù)某杀尽?/p>
優(yōu)勢5:設(shè)計空間無限。傳統(tǒng)制造技術(shù)和工匠制造的產(chǎn)品形狀有限,制造形狀的能力受制于所使用的工具。例如,傳統(tǒng)的木制車床只能制造圓形物品,軋機(jī)只能加工用銑刀組裝的部件,制模機(jī)僅能制造模鑄形狀。3D打印機(jī)可以突破這些局限,開辟巨大的設(shè)計空間,甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形狀。
優(yōu)勢6:零技能制造。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)和計算機(jī)控制的制造機(jī)器降低了對技能的要求,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)。3D打印機(jī)從設(shè)計文件里獲得各種指示,做同樣復(fù)雜的物品,3D打印機(jī)所需要的操作技能比注塑機(jī)少。非技能制造開辟了新的商業(yè)模式,并能在遠(yuǎn)程環(huán)境或情況下為人們提供新的生產(chǎn)方式。
優(yōu)勢7:不占空間、便攜制造。就單位生產(chǎn)空間而言,與傳統(tǒng)制造機(jī)器相比,3D 打印機(jī)的制造能力更強(qiáng)。例如,注塑機(jī)只能制造比自身小很多的物品,與此相反,3D打印機(jī)可以制造和其打印臺一樣大的物品。3D打印機(jī)調(diào)試好后,打印設(shè)備可以自由移動,打印機(jī)可以制造比自身還要大的物品。較高的單位空間生產(chǎn)能力使得3D打印機(jī)適合家用或辦公使用,因為它們所需的物理空間小。
優(yōu)勢8:減少廢棄副產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的金屬制造技術(shù)相比,3D打印機(jī)制造金屬時產(chǎn)生較少的副產(chǎn)品。傳統(tǒng)金屬加工的浪費(fèi)量驚人,90%的金屬原材料被丟棄在工廠車間里。3D打印制造金屬時浪費(fèi)量減少。隨著打印材料的進(jìn)步,“凈成形”制造可能成為更環(huán)保的加工方式。
優(yōu)勢9:材料無限組合。對當(dāng)今的制造機(jī)器而言,將不同原材料結(jié)合成單一產(chǎn)品是件難事,因為傳統(tǒng)的制造機(jī)器在切割或模具成型過程中不能輕易地將多種原材料融合在一起。隨著多材料3D打印技術(shù)的發(fā)展,我們有能力將不同原材料融合在一起。以前無法混合的原料混合后將形成新的材料,這些材料色調(diào)種類繁多,具有的屬性或功能。
優(yōu)勢10:精確的實體復(fù)制。數(shù)字音樂文件可以被無休止地復(fù)制,音頻質(zhì)量并不會下降。未來,3D打印將數(shù)字精度擴(kuò)展到實體世界。掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)將共同提高實體世界和數(shù)字世界之間形態(tài)轉(zhuǎn)換的分辨率,我們可以掃描、編輯和復(fù)制實體對象,創(chuàng)建精確的副本或優(yōu)化原件。
以上部分優(yōu)勢目前已經(jīng)得到證實,其他的會在未來的一二十年(或三十年)成為現(xiàn)實。3D打印突破了原來熟悉的歷史悠久的傳統(tǒng)制造限制,為以后的創(chuàng)新提供了舞臺。
上海先予工業(yè)自動化設(shè)備有限公司是一家集非標(biāo)制定、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、工程服務(wù)為一體的工業(yè)裝備制造企業(yè)。公司以自主核心技術(shù)和系統(tǒng)集成優(yōu)勢為依托,針對企業(yè)用戶在生產(chǎn)過程控制中的各種復(fù)雜控制要求,采用DCS和PLC等控制系統(tǒng)為企業(yè)量身定制,技術(shù)、可靠性高、經(jīng)濟(jì)實用的電氣和自動化控制,生產(chǎn),輸送,包裝、清洗系統(tǒng),提供完整的非標(biāo)制定自動化生產(chǎn)解決方案,從而有效為企業(yè)降低勞動力成本、提高品質(zhì)、提升效率。
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