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3D打印有那些优势?

发布时间: 2017-03-23
浏览次数: 34

3D打印的优势分析:

(1)复杂物品的低成本制造

众所周知,运用传统的制造方法,加工的物品造型、结构越复杂,则制造成本便会越高。所以为了追求生产成本的最低化投入,生产商往往通过劳动细分和规范化的作业流程批量生产标准化部件,难以满足客户多元化的需求。但对于3D打印来说,依托增材制造的相同加工原理,无需模具和机械设备的加工,即使形状再复杂的产品也不会过多的增加生产的成本和劳动力需求。3D打印使样品试制、小批量生产的周期和成本降低,有利于新产品的开发、个性化及奢侈定制品行业的发展。

(2)产品的短周期、高精度生产

3D打印技术可优化传统制造加工业生产过程中很多繁复的工序,直接进行复杂结构的制造,从而尽早地发现产品造型及结构设计中存在的问题,减少了因设计的频繁更改而造成随后其他工序的翻工和累加损失,显著提高新产品研发的效率和投入生产线的成功率。例如,3D打印无需开模过程,大大节约了作业时间;一次成型的特点使后期辅助处理的工作量大大减少,委外加工阶段减少,有效保证了一些机密领域(如航空、核电、军工等行业)机密数据的安全性问题。同时也降低了后处理过程中的误差累积,使产品精度更高,尤其在汽车、飞机、核电等高端精密的机械行业。3D打印技术可实现产品的自然无缝连接,没有分模线,没有不必要的缝隙,使产品结构更加稳固,刚性、强度也显著高于传统制造工艺。3D打印技术与传统生产技术相比,可使机械加工的效率提高3.5倍,产品开发周期缩短30%.90%,生产成本节省30%.50%。

(3)产品种类的多样性、个性化设计

传统机械设备受功能的限制,制造出的产品种类也十分有限。但3D打印技术不需要购置新的机械设备,不需要培养新的专业技术人员,只利用同一台3D打印机便可打印出无数种不同形态的产品,能成型出传统工艺无法达到的免组装结构和复杂多孔结构,实现用户个性化定制体验。设计师与产品之间、设计师与用户之间、用户与产品之间的紧张、尴尬关系因3D打印技术的出现而得到了缓解。

(4)产品的一体化成型制造

传统的大规模系统生产需要先分别生产出不同的零部件,然后由工人或者机器人在组装生产线上对其进行组装调整。零部件越多的产品组装所消耗的人力、时间成本越大。最典型的例子便是电子电路的制造过程,人们必须先通过不同的机械设备单独逐一将内部的塑料和陶瓷零件制造出来,然后进行组装,形成电子电路金属部件。3D打印则可实现产品的一体化成型,通过分层分区域制造,在同一时间可以运用不同的材料打印出不同的零部件,减少了许多中间环节,除去了繁杂的组装工序,并节约了人力物力。用传统方式制造零部件,整个生产过程一般需要持续几个月之久,而3D打印技术可能只需要几年甚至几个小时,大大提高了生产效率。波音公司利用3D打印一体化成型技术打印一架喷气式客机的导管,一个整体代替了20多个组件,有效减少组件存储空间,降低管理开销。

(5)技术、形态的不受限设计

传统的制造技术受到工具、科技水平、加工方式等的限制,制造出的产品形态也受到制约。例如,制模机只能制作模铸造型,传统木质车床只能生产圆形的产品,轧机只能与铣刀配合加工组装的零件。而3D打印技术可以突破这些限,为设计师提供了更多的可能性。同时,3D打印技术的出现可可能使很多老产品得以再次被挖掘并改良再设计,带来全新的非凡创造。

(6)3D打印机器的较强操作性

传统工艺品制造需要专业工匠掌握熟练的专业技能,即使是在批量化生产和计算机时代,仍需要大量的经验丰富的专业人士对机器进行操作和校准。3D打印开创了新的商业模式,即使再复杂的物品,只要获得计算机源文件,任何人在任何环境下都有可能将物品进行生产,操作简单易行。非技能制造为普通人在远程环境或极端情况下制造产品提供了 可能性。

(7)制造机器较高的便携性

相较于传统制造机器,3D打印机的生产能力更为强大。例如,受到机器物理体积的限制,传统的注塑机只能生产比自身体积小很多的产品,而3D打印机由于体积小,方便自由移动,故可以制造与打印台一样大的产品。较高便携性的优势使3D打印机有望成为未来家庭或办公室必备的生活必需品。目前市场上已有的家用3D打印机体积已与普通打印机基本一样大。当然,部分工业级3D打印机还和传统的工业设备类似,需要特殊的生产环境,便携性就不适用了。

(8)生产产品的绿色环保性

传统的金属加工方式,会让近90%的金属原料废弃掉,容易造成资源的严重浪费,同时严重危害环境健康。3D打印技术的另一项隐形福利便是可使加工后的余料重复循环利用,不仅有效缓解了一些不可再生资源(如稀土金属)的供需紧张关系,也大大降低了副产品、废料的产生。同时,设计的全球“电子运输”取代原料和成品的运输环节,使工厂可以就近生产产品,简化并消除了复杂的生产流水线和零部件供应链,从环保角度降低了产品的碳排放量,提高了全球“资源生产效率”。随着打印材料和技术的逐步发展,3D打印有望成为“零排放,净成型”的更加环保的加工方法。3D打印对环保的另一大贡献是其“零库存”的特点,3D打印技术允许生产商按需生产制造产品,无需建立产品存储机制,甚至也无需建立备件的库存,减少了成本投入风险和废弃产品的浪费。尤其在军事领域具有重要意义,当军方需要在外国军事基地、战斗前线保证武器储备的充足供应,通过部署3D打印机和原材料即可及时快速的保障军事武器的持续储备量,在未来研制成熟的3D打印技术能够随时打印零部件,减少了大量沉重备件的运输和装配环节。

(9)原材料组合的多样性生产

由于如今的工业设备是通过对原材料切割、铸模、多维加工等工艺进行加工的,故很难将不同性质的原材料简单融合成很稳定的新材料。而随着3D打印技术对多材料融合的深入研究,为不同特性的材料混合提供了多种可能性,产生了很多具有独特属性和功能的功能梯度结构和异质材料结构,优化了产品性能并有助于实现产品结构轻量化,也进一步提高了材料的利用率。

(10)全球经济的本土化制造

3D打印技术的广泛应用,改变了全球进出口贸易的格局,进口国对进口的依赖减小,本地化生产可有效减少全球经济失衡的问题。同时,3D打印市场未来的巨大潜力可带动全球经济的快速发展,从工业到商业再到政府行业,从企业到家用个人,未来几十年3D打印将遍布世界的每个角落,不断增长的客户群会在产品设计、产品制造、打印机和耗材消费等方面带来数万亿的业务资源。对于发展中国家,更加经济的本地可再生资源使其对进口国外先进且昂贵的技术和材料的依赖性大大降低,从而进一步降低生产成本,造福本国人民。而对于逐步步入老龄化的发达国家,3D产业减少了本国昂贵劳动力和需要依靠国外廉价劳动力的需求,有利于提高本国的整体生产能力。

(11)制造业与服务业的密切关系

3D产业对全球经济带来的又一大影响是制造业和服务业的产业边界日益模糊化,使各行业之间不再是之前的简单分工关系,而呈现出一种互相融合、日益密切的发展趋势。制造型企业可通过网络获取各类用户服务要求,将各个生产要素的配置成本最低化。另一方面,网络平台为服务销售提供了更广泛的渠道,促进了新产品在短时间内行销全球的能力。随着体验社会的来临,产品的体验、服务性价值在整个产品使用价值中的比重越来越大,这要求制造商和经销商必须紧密配合,不光提供产品的基本使用功能,还要在其配套的一系列后续隐性服务(如配套信息系统、软件系统、产品维修保养服务等)中发挥积极的作用,只有这样才能提高产品的综合实力,在竞争激烈的当今社会获得一席之地。

(12)生产模式的小型化变革

在传统的工业化制造流程中,自动化机械设备的参数一旦确定,便很难做出修改,故适合于单一种类产品的制造。而3D打印技术使制造系统更加灵活、包容,以重新排列组合、再次反复利用及更新系统或子系统的组合方式等方法,可进行快速调整,以适应不同的打印生产任务。3D打印技术带来的“第三次工业革命”在信息时代的大背景下使大量实体物质流成功转化为虚拟化的信息流,有可能从根本上改变原有生产的组织模式。一台计算机和一个3D打印机便可进行产品的研发和制造工作,这种低门槛的生产模式削弱了大型企业集约式的生产优势,增加了中小型企业甚至个体企业家的生存机会,使大规模工厂化的生产转向社会化、社区化甚至个人化的全新模式。


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