3D打印机如何挑战传统制造业

近年来，3D打印对制造业产生了重大影响，本文着眼于传统制造业的弱点探讨如何给增材制造业一个扩大的机会。

传统制造业如何运作？

传统工艺：从设计师到制造商

你如何把一个想法变成现实？几十年来，这都是一个古老的故事。工程师设计一个零件并决定它的形状、材料和其他因素可能会制造出一个基本的原型。但在制造最终用途的零件时，工程师必须找到一个能够使零件达到专业标准和规模的制造商。零件可以在任何地方设计，但制造它们需要满工厂的机器。

根据制造的零件，制造商可以使用任何数量的制造工艺来制造。他们可以使用机械加工，将一块金属切割成所需的尺寸和形状；他们可以将金属板弯曲并冲压成新的形状；他们可以使用铸模或工具从液态塑料中制造大量零件。

像这样的传统制造工艺是非常有用的，并且将持续使用多年。但是，它们也有缺点。

传统制造业的弱点

废料

附加设备

熟练劳动力

减法制造是传统制造技术中最常见的一类。此术语用于描述采用无模板材料块并通过切割将其减少到所需形状的工艺。减法制造最常见的形式是数控加工。

但是，尽管减法制造对于使用高质量的材料是很好的，但它并不总是有效的。这是因为用减法制造零件必然需要多余的材料：起始块或“工件”必须比最终零件大，因为工具最终会将其缩小到一定尺寸。被切断的一切都变成了浪费。

此外，传统的制造工艺通常需要额外的设备。铸造过程需要工具和模具，这些工具和模具需要时间和金钱来制造，但最终在工作完成或达到其寿命时会被丢弃。

最后，实际安装和操作这些传统制造的问题很小。传统的机器通常占用大量的空间，这就需要大量的工厂空间，而这些空间的租赁或购买成本很高。虽然有些过程（例如CNC加工）是由计算机控制的，但许多过程需要熟练的机械师手动操作。所有这些问题都阻碍了企业进入传统制造业。

3D打印是如何出现的？为什么会出现？

在20世纪80年代，一些事情发生了变化，这将永远的改变制造业。查克·赫尔，一位来自科罗拉多州的工程师和物理学家，发明了一种利用激光将光敏树脂变成固体形状的系统。他的系统关键要素是什么？一个移动平台使树脂能够在“层”中固化，并创建由单个二维切片组成的三维形状。他称他的系统为“立体光刻”，并把它建立了3D系统。

尽管赫尔在桌面涂层的特定领域工作时创造了立体光刻技术，但他很快意识到自己创造的巨大潜力。使用不同的材料，该工艺可适用于各种应用。不久之后，诸如选择性激光烧结和熔融沉积建模等不同的分层过程开始出现，极大地扩大了后来被称为3D打印的范围。

3D打印制造技术是经过20多年的发展和适应，但直到2000年代末，3D打印才在全世界广为人知。这在很大程度上要归功于向消费者销售的入门级机器的发展。由于这些机器的成本只有几千美元，更大的人口获得了使用这项技术的机会，导致3D打印的使用更加折衷。

3D打印机的最大优势之一是什么？它们可以设置在几乎任何地方，操作相对容易，允许小企业开始打印产品，而无需找到专门的制造商来帮助它们。与此同时，大型制造商开始广泛实施高端3D打印机，利用它们来制造原型和专用部件。

3D打印对当今世界有何影响？

尽管立体光刻技术仍被广泛应用，但现在3D打印技术涵盖了一系列更广泛的技术，可用于打印塑料、金属和其他材料。纯粹的技术范围和价格点意味着3D打印现在被用于各种行业，包括汽车、航空航天、医疗保健、消费品、设计和时尚。

3D打印如何改变制造业？

3D打印在很多方面影响了制造业。例如，从工程的角度来看，它为构建物理对象提供了一种全新的方法：一层一层地自下而上的方法使3D打印机创建具有独特几何图形和复杂内部结构的零件。某些机器允许同时打印材料组合，并且该过程的“添加”性质解决了与减法制造相关的浪费问题。

但3D打印对制造业的最大影响或许是它打破了进入壁垒的方式。许多3D打印机占用很少的空间，不需要更多的设备，几乎可以自动操作。通过这种方式，他们有效地实现了制造过程的民主化，允许任何人在没有重大投资或加工技能的情况下开始制造零件。

传统的制造工艺不可能很快消失，但3D打印创造了全新的制造理念。