作者：EOS 新加坡公司亞太地區(qū)高級(jí)副總裁 Terrence Oh

3D打印技術(shù)于 20 世紀(jì) 80 年代首次面世時(shí)，很少有人能夠預(yù)想到 3D 打印具有在全球范圍掀起商業(yè)變革的潛力。這一技術(shù)快速發(fā)展至今，包括航空航天、汽車、醫(yī)療、模具甚至化妝品在內(nèi)的諸多行業(yè)都因零部件生產(chǎn)進(jìn)度更快、成本更低而受益良多。但是，這些優(yōu)點(diǎn)并未被大多數(shù)人所熟知，始終蒙著一層神秘的面紗。此行業(yè)在業(yè)內(nèi)被稱作增材制造，簡(jiǎn)稱 AM。預(yù)計(jì)截至 2025 年，該行業(yè)在亞太地區(qū)的商業(yè)價(jià)值將突破 75 億新元（55 億美元）[1]。在亞太地區(qū)許多大型公司都組建了成熟的研發(fā)隊(duì)伍，然而對(duì)增材制造技術(shù)的吸納卻仍處于起步階段。 這很可能是由于企業(yè)對(duì)增材制造行業(yè)存在誤解。因此，我想澄清企業(yè)談?wù)?3D 打印時(shí)常常聽到的五大誤解：


誤解1：增材制造適合所有企業(yè)

十年前，當(dāng) 3D 打印剛剛流行起來時(shí)，該技術(shù)所提供的無限可能性毫無意外地讓許多人感到震撼。3D 打印機(jī)將成為家居用品，登上新聞?lì)^條[2]，并且無所不能打印。 Gartner公司將此稱為“技術(shù)成熟度曲線”(Hype Cycle) 的起點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生技術(shù)突破時(shí)，最初的期望就會(huì)飆升。不幸的是，隨著時(shí)間的流逝，隨之而來的是大眾對(duì)技術(shù)期待同樣迅速的幻滅，尤其是當(dāng)現(xiàn)實(shí)與前期過高的期望不符時(shí)。危險(xiǎn)之處在于人們對(duì) 3D 打印機(jī)的過分夸大描繪信以為真，誤以為只需按一下按鈕就可以打印出我們?cè)诩抑行枰囊磺形锲贰，F(xiàn)實(shí)情況是，AM 技術(shù)如今在專業(yè)工業(yè)應(yīng)用中得到了蓬勃發(fā)展。該技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了制造工藝的變革，可生產(chǎn)輕量化、定制化的單個(gè)零部件。但是，企業(yè)仍需對(duì)是否應(yīng)實(shí)施 AM 技術(shù)加以評(píng)定。首先，應(yīng)就如何使用 AM 技術(shù)為組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分講解。應(yīng)該控制大家對(duì)該技術(shù)的期望值。需要考慮到諸多要素，例如成本、設(shè)計(jì)、交付周期和 AM 技術(shù)對(duì)制造工藝的影響等。對(duì)于采用傳統(tǒng)工藝制造的部件和 AM 部件，應(yīng)該解決組裝方面的兼容性問題。


誤解2：增材制造僅適用于原型制作

快速原型制作是 AM 技術(shù)最早的應(yīng)用之一，如今仍廣泛使用。這一應(yīng)用在研發(fā)領(lǐng)域中尤為實(shí)用，研發(fā)過程中可以對(duì)與成品具有相同材料屬性的原型執(zhí)行測(cè)試。該技術(shù)作為一種無工具化工藝，可使更改變得尤為方便快捷，并能夠以最低的額外成本完成。 但 AM 技術(shù)只能用于快速原型制作則是一個(gè)常見誤解。實(shí)際上，早些年間，由于計(jì)算機(jī)和激光器的性能有限，阻礙了 AM 技術(shù)發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。我們的創(chuàng)始人 Hans J. Langer 博士一直希望 AM 技術(shù)可以開辟一個(gè)嶄新的制造世界，該技術(shù)將可用于制造功能性最終零部件。如今，顛覆以往設(shè)計(jì)和制造方式的愿望正在不斷激發(fā)出更多的解決方案。例如，我們與密歇根大學(xué)合作研發(fā)了增材制造氣管夾板，用于幫助一群幼兒治療氣管支氣管軟化癥，又稱為呼吸道塌陷的呼吸道疾病。AM 技術(shù)在制造過程中提供了出色的靈活性，以更少的材料實(shí)現(xiàn)了高度定制化的結(jié)構(gòu)，有效避免了產(chǎn)品體積龐大的問題。

創(chuàng)新型氣管夾板，依靠 EOS 技術(shù)采用聚己內(nèi)酯 (PCL) 材料制造而成。圖中左邊所示為放在氣管模型上的氣管

夾板。（攝影：Leisa Thompson, Photography/UMHS）

誤解3：增材制造十分昂貴 考量制造成本的方法有兩種。

一種是著眼于短期的單位成本，另一種是著眼于大局并關(guān)注長(zhǎng)期成本。 盡管 AM 技術(shù)在過去十年中取得了許多進(jìn)步，但就某些行業(yè)而言，相比于傳統(tǒng)制造方法，AM 的確在零部件單位成本上仍有一定差距。盡管如此，隨著生產(chǎn)率的提高，我們有信心使單位成本得以降低。 但是，我們來看看更重要的方面。正如我之前提到的，我們正在尋求對(duì)制造業(yè)的顛覆性變革。傳統(tǒng)方法通常依賴于制模，就價(jià)格和時(shí)間而言，其成本可能很高。對(duì)于較小的生產(chǎn)數(shù)量而言該情況尤其突出，這使得“單件生產(chǎn)”幾乎成為無法滿足的需求。AM 技術(shù)通過消除對(duì)模具的需求扭轉(zhuǎn)了這一局面，從而為小批量制造定制化產(chǎn)品創(chuàng)了廣泛的可能性。曾被認(rèn)為成本過高的解決方案現(xiàn)在值得再次研究。以 Premium AEROTEC、EOS 與戴姆勒共同合作的項(xiàng)目 NextGenAM 為例。該工藝使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)用于汽車和航空航天行業(yè)的鋁制部件，成功降低了制造成本。制造流程是完全可擴(kuò)縮的，生產(chǎn)線可以方便地復(fù)制以擴(kuò)大車間產(chǎn)能。


誤解4：增材制造沒有設(shè)計(jì)限制 -“可以無限復(fù)雜”


事實(shí)是，AM 技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)“并非可以無限復(fù)雜”。AM 技術(shù)制造的零部件仍會(huì)遇到設(shè)計(jì)限制。使用 AM 技術(shù)的設(shè)計(jì)師需要接受培訓(xùn)以充分了解技術(shù)的可行性和局限性，并學(xué)習(xí)如何成功設(shè)計(jì)、優(yōu)化、構(gòu)建和應(yīng)用 AM 技術(shù)。 有 5 條 AM 設(shè)計(jì)規(guī)則需要遵循，包括需要注意壁厚和間隙尺寸。采用 AM 工藝制造的零部件在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能降低長(zhǎng)寬比和表面分辨率，以確保生產(chǎn)周期穩(wěn)定。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免非必要的復(fù)雜化，并且應(yīng)始終牢記 5 條設(shè)計(jì)規(guī)則。總之，與目前傳統(tǒng)制造技術(shù)所面臨的限制相比，AM 技術(shù)仍可對(duì)設(shè)計(jì)提供極高的自由度，可以實(shí)現(xiàn)諸多過去無法制造的應(yīng)用。這形成了設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)型思維方式，即先將解決問題作為第一要?jiǎng)?wù)，然后再考慮基本的制造限制。


誤解5：增材制造僅適用于無需組裝的小型部件

人們對(duì) AM 技術(shù)存在的這一普遍誤解是上述各項(xiàng)誤解所共同造成的結(jié)果。如果人們認(rèn)為 AM 技術(shù)既昂貴又僅適用于原型制造，那么他們誤以為 AM 技術(shù)僅適用于小型部件就不難理解了。 當(dāng)然，事實(shí)是現(xiàn)在有用于大型零部件的 AM 設(shè)備。例如，EOS P 770 可生產(chǎn)成型空間體積超過 150 升 (700 x 380 x580mm) 的塑料件，EOS M 400-4 則可生產(chǎn)成型空間體積最高達(dá) 64 升的高質(zhì)量金屬零部件。

左：EOS P 770；右：EOS M 400-4

關(guān)于是否需要組裝這一問題，應(yīng)該探討的問題是“組裝是否有必要，而非能不能組裝”。是的，AM 技術(shù)可以制造不需要組裝的零部件，這樣做的目的通常是為了使零部件更輕便或降低組裝成本。

結(jié)論：未來，AM 技術(shù)并不會(huì)取代所有傳統(tǒng)制造技術(shù)。AM 技術(shù)的作用是拓展了制造的可能性，讓制造商能夠創(chuàng)造出曾經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品。由于這是一項(xiàng)新技術(shù)，因此剛剛涉足增材制造領(lǐng)域的公司應(yīng)與值得信賴的增材制造合作伙伴攜手，為踏上全新征程做足準(zhǔn)備。例如，借助 EOS 的“增材思維”，公司可以更全面地理解如何加強(qiáng)其內(nèi)部的 AM 能力。這包括零部件的選擇和篩選以及如何使用 AM 設(shè)計(jì)，從而使公司能夠充分發(fā)揮 AM 技術(shù)的潛力并從中獲益。

作者：EOS 新加坡公司亞太地區(qū)高級(jí)副總裁 Terrence Oh

3D打印技術(shù)于 20 世紀(jì) 80 年代首次面世時(shí)，很少有人能夠預(yù)想到 3D 打印具有在全球范圍掀起商業(yè)變革的潛力。這一技術(shù)快速發(fā)展至今，包括航空航天、汽車、醫(yī)療、模具甚至化妝品在內(nèi)的諸多行業(yè)都因零部件生產(chǎn)進(jìn)度更快、成本更低而受益良多。但是，這些優(yōu)點(diǎn)并未被大多數(shù)人所熟知，始終蒙著一層神秘的面紗。此行業(yè)在業(yè)內(nèi)被稱作增材制造，簡(jiǎn)稱 AM。預(yù)計(jì)截至 2025 年，該行業(yè)在亞太地區(qū)的商業(yè)價(jià)值將突破 75 億新元（55 億美元）[1]。在亞太地區(qū)許多大型公司都組建了成熟的研發(fā)隊(duì)伍，然而對(duì)增材制造技術(shù)的吸納卻仍處于起步階段。 這很可能是由于企業(yè)對(duì)增材制造行業(yè)存在誤解。因此，我想澄清企業(yè)談?wù)?3D 打印時(shí)常常聽到的五大誤解：


誤解1：增材制造適合所有企業(yè)

十年前，當(dāng) 3D 打印剛剛流行起來時(shí)，該技術(shù)所提供的無限可能性毫無意外地讓許多人感到震撼。3D 打印機(jī)將成為家居用品，登上新聞?lì)^條[2]，并且無所不能打印。 Gartner公司將此稱為“技術(shù)成熟度曲線”(Hype Cycle) 的起點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生技術(shù)突破時(shí)，最初的期望就會(huì)飆升。不幸的是，隨著時(shí)間的流逝，隨之而來的是大眾對(duì)技術(shù)期待同樣迅速的幻滅，尤其是當(dāng)現(xiàn)實(shí)與前期過高的期望不符時(shí)。危險(xiǎn)之處在于人們對(duì) 3D 打印機(jī)的過分夸大描繪信以為真，誤以為只需按一下按鈕就可以打印出我們?cè)诩抑行枰囊磺形锲贰，F(xiàn)實(shí)情況是，AM 技術(shù)如今在專業(yè)工業(yè)應(yīng)用中得到了蓬勃發(fā)展。該技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了制造工藝的變革，可生產(chǎn)輕量化、定制化的單個(gè)零部件。但是，企業(yè)仍需對(duì)是否應(yīng)實(shí)施 AM 技術(shù)加以評(píng)定。首先，應(yīng)就如何使用 AM 技術(shù)為組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分講解。應(yīng)該控制大家對(duì)該技術(shù)的期望值。需要考慮到諸多要素，例如成本、設(shè)計(jì)、交付周期和 AM 技術(shù)對(duì)制造工藝的影響等。對(duì)于采用傳統(tǒng)工藝制造的部件和 AM 部件，應(yīng)該解決組裝方面的兼容性問題。


誤解2：增材制造僅適用于原型制作

快速原型制作是 AM 技術(shù)最早的應(yīng)用之一，如今仍廣泛使用。這一應(yīng)用在研發(fā)領(lǐng)域中尤為實(shí)用，研發(fā)過程中可以對(duì)與成品具有相同材料屬性的原型執(zhí)行測(cè)試。該技術(shù)作為一種無工具化工藝，可使更改變得尤為方便快捷，并能夠以最低的額外成本完成。 但 AM 技術(shù)只能用于快速原型制作則是一個(gè)常見誤解。實(shí)際上，早些年間，由于計(jì)算機(jī)和激光器的性能有限，阻礙了 AM 技術(shù)發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。我們的創(chuàng)始人 Hans J. Langer 博士一直希望 AM 技術(shù)可以開辟一個(gè)嶄新的制造世界，該技術(shù)將可用于制造功能性最終零部件。如今，顛覆以往設(shè)計(jì)和制造方式的愿望正在不斷激發(fā)出更多的解決方案。例如，我們與密歇根大學(xué)合作研發(fā)了增材制造氣管夾板，用于幫助一群幼兒治療氣管支氣管軟化癥，又稱為呼吸道塌陷的呼吸道疾病。AM 技術(shù)在制造過程中提供了出色的靈活性，以更少的材料實(shí)現(xiàn)了高度定制化的結(jié)構(gòu)，有效避免了產(chǎn)品體積龐大的問題。

創(chuàng)新型氣管夾板，依靠 EOS 技術(shù)采用聚己內(nèi)酯 (PCL) 材料制造而成。圖中左邊所示為放在氣管模型上的氣管

夾板。（攝影：Leisa Thompson, Photography/UMHS）

誤解3：增材制造十分昂貴 考量制造成本的方法有兩種。

一種是著眼于短期的單位成本，另一種是著眼于大局并關(guān)注長(zhǎng)期成本。 盡管 AM 技術(shù)在過去十年中取得了許多進(jìn)步，但就某些行業(yè)而言，相比于傳統(tǒng)制造方法，AM 的確在零部件單位成本上仍有一定差距。盡管如此，隨著生產(chǎn)率的提高，我們有信心使單位成本得以降低。 但是，我們來看看更重要的方面。正如我之前提到的，我們正在尋求對(duì)制造業(yè)的顛覆性變革。傳統(tǒng)方法通常依賴于制模，就價(jià)格和時(shí)間而言，其成本可能很高。對(duì)于較小的生產(chǎn)數(shù)量而言該情況尤其突出，這使得“單件生產(chǎn)”幾乎成為無法滿足的需求。AM 技術(shù)通過消除對(duì)模具的需求扭轉(zhuǎn)了這一局面，從而為小批量制造定制化產(chǎn)品創(chuàng)了廣泛的可能性。曾被認(rèn)為成本過高的解決方案現(xiàn)在值得再次研究。以 Premium AEROTEC、EOS 與戴姆勒共同合作的項(xiàng)目 NextGenAM 為例。該工藝使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)用于汽車和航空航天行業(yè)的鋁制部件，成功降低了制造成本。制造流程是完全可擴(kuò)縮的，生產(chǎn)線可以方便地復(fù)制以擴(kuò)大車間產(chǎn)能。


誤解4：增材制造沒有設(shè)計(jì)限制 -“可以無限復(fù)雜”


事實(shí)是，AM 技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)“并非可以無限復(fù)雜”。AM 技術(shù)制造的零部件仍會(huì)遇到設(shè)計(jì)限制。使用 AM 技術(shù)的設(shè)計(jì)師需要接受培訓(xùn)以充分了解技術(shù)的可行性和局限性，并學(xué)習(xí)如何成功設(shè)計(jì)、優(yōu)化、構(gòu)建和應(yīng)用 AM 技術(shù)。 有 5 條 AM 設(shè)計(jì)規(guī)則需要遵循，包括需要注意壁厚和間隙尺寸。采用 AM 工藝制造的零部件在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能降低長(zhǎng)寬比和表面分辨率，以確保生產(chǎn)周期穩(wěn)定。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免非必要的復(fù)雜化，并且應(yīng)始終牢記 5 條設(shè)計(jì)規(guī)則。總之，與目前傳統(tǒng)制造技術(shù)所面臨的限制相比，AM 技術(shù)仍可對(duì)設(shè)計(jì)提供極高的自由度，可以實(shí)現(xiàn)諸多過去無法制造的應(yīng)用。這形成了設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)型思維方式，即先將解決問題作為第一要?jiǎng)?wù)，然后再考慮基本的制造限制。


誤解5：增材制造僅適用于無需組裝的小型部件

人們對(duì) AM 技術(shù)存在的這一普遍誤解是上述各項(xiàng)誤解所共同造成的結(jié)果。如果人們認(rèn)為 AM 技術(shù)既昂貴又僅適用于原型制造，那么他們誤以為 AM 技術(shù)僅適用于小型部件就不難理解了。 當(dāng)然，事實(shí)是現(xiàn)在有用于大型零部件的 AM 設(shè)備。例如，EOS P 770 可生產(chǎn)成型空間體積超過 150 升 (700 x 380 x580mm) 的塑料件，EOS M 400-4 則可生產(chǎn)成型空間體積最高達(dá) 64 升的高質(zhì)量金屬零部件。

左：EOS P 770；右：EOS M 400-4

關(guān)于是否需要組裝這一問題，應(yīng)該探討的問題是“組裝是否有必要，而非能不能組裝”。是的，AM 技術(shù)可以制造不需要組裝的零部件，這樣做的目的通常是為了使零部件更輕便或降低組裝成本。

結(jié)論：未來，AM 技術(shù)并不會(huì)取代所有傳統(tǒng)制造技術(shù)。AM 技術(shù)的作用是拓展了制造的可能性，讓制造商能夠創(chuàng)造出曾經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品。由于這是一項(xiàng)新技術(shù)，因此剛剛涉足增材制造領(lǐng)域的公司應(yīng)與值得信賴的增材制造合作伙伴攜手，為踏上全新征程做足準(zhǔn)備。例如，借助 EOS 的“增材思維”，公司可以更全面地理解如何加強(qiáng)其內(nèi)部的 AM 能力。這包括零部件的選擇和篩選以及如何使用 AM 設(shè)計(jì)，從而使公司能夠充分發(fā)揮 AM 技術(shù)的潛力并從中獲益。