3D打印在工业界的崛起
发布于2024-09-02
1987年，世界上第一台商用3D打印机问世。然后技术专家们立刻开始研究它的各种可能性。专家们认为，增材制造将彻底改变从制造到建筑，再到科学研究的所有领域。
他们没有说错。只是过了几年，或者更准确地说是过了几十年，这项技术才真正发挥出自己的价值。
直到21世纪20年代，增材制造才开始广泛应用于商业领域，其中的技术进步带来了一系列好处，包括：[1]
- 通过单件装配降低了流程复杂性[2]
- 提高了设计自由度、灵活性和效率
- 缩短了产品开发和小批量生产等应用的交付周期
- 通过按需、就地生产提高了供应链弹性
- 降低了物流成本
- 提高了运营可持续性和弹性
尽管拥有这些优势，3D打印也仅占整个制造业市场的0.1%。[3]在本博客中，我们将探讨增材制造技术在各行业的发展、面临的挑战，以及未来的发展趋势。
克服增材制造成长的烦恼
虽然增材制造为各行各业带来了巨大的发展潜力，但同时也面临许多整合方面的挑战。3D打印技术往往成本高昂，尤其是商用系统。而且，由于3D打印最初是为原型设计而开发的，因此大多数广泛使用的技术都不适合大批量应用。软件方面也缺乏对大规模生产的支持，使得3D打印难以整合到数字化工厂中。
由于3D打印自身的特性，质量控制也是一项挑战，即便是最细微的偏差也可能毁掉整个打印成品。许多3D打印设备还需要掌握3D建模技术，而许多预制的CAD模型要么存在缺陷，要么质量无法接受。
更糟糕的是，直到最近，增材制造在可用材料方面仍受到很大限制，打印材料主要局限于塑料和聚乳酸 (PLA)。[4]尽管近年来该行业取得了长足进步，但墨粉和材料管理仍是需要考虑的问题。[5]
在建筑等行业，由于建筑材料需要经过冗长的测试过程才能满足合规要求，因此采用3D打印面临着一些挑战。材料审批可能成本高昂且耗时较长，尽管有相应的技术能力和设计专业知识，但还是会延缓工业界对3D打印的采用速度。
增材制造的市场如今在哪里？
虽然增材制造在其生命周期的大部分时间里仍主要局限于原型制造和模具制造，但2024年可能会改变这一局面。随着增材制造技术的发展，增材制造现在：[6]
- 由于推出了经济实惠的中端机器，成本门槛降低了
- 由于软件功能增强，挤出机和激光器效率更高，因此制造速度更快、精度更高
- 随着培训与生态系统开发的结合，从技术角度来看更容易实施
- 更加注重使用可持续材料
- 正在转向市场整合、协作以及序列化生产
- 越来越支持大规模生产和大批量应用
在取得这些进步的同时，增材制造也正在被一些趋势所颠覆和重塑（表1）。
表1：正在塑造增材制造未来的新兴趋势。（图源：3D Universe）[7]
打印行业的创新
这些新兴趋势，以及增材制造设备的技术创新与进步，为多个行业和垂直市场带来了令人惊叹的新应用。[8]
生物打印及其他
2024年初，韩国外科医生进行了首例3D打印器官移植手术，为病人移植了完全由干细胞制造的新气管。[9]不过器官只是一个开始。最终，生物打印将可用于制造牙齿、肌肉细胞、骨骼，甚至整个肢体。[10]
除了手术和康复应用外，增材制造还能在护理机构生产其他医疗设备，如手术器械、牙科设备和模具。这类生产还可用于向受持续灾害影响的地区提供应急物资。而且，药店可以直接在店内自行打印药品，而不必依赖供应商供货。[11]
重现过去的场景
3D打印有可能帮助重建从骨骼到城市的一切，特别是与生成式人工智能结合后。法医艺术家和科学家不仅可以利用这项技术弥补证据上的不足，还能提供准确的犯罪现场实物重建。同时，考古学家和人类学家可以利用增材制造更深入地了解古代的动物、民族、城市和文明。
支持未来的供应链
随着打印机变得越来越先进，我们可以看到未来的消费品可以在销售时进行定制打印，从而实现以前不可能实现的大规模个性化。
探索星空
想象一下，如果太空船配备了3D打印机，就可以根据需要制造任何物品。仅这一件设备就能成倍地减少他们需要携带的补给品，从而大大简化太空探索的后勤工作。增材制造甚至还可以用于恒星建设和地形改造。[12]
拥抱混合制造
增材制造不太可能取代传统生产。而且，它也没必要取代。它所带来的新应用，以及它给汽车、航空航天和建筑等行业带来的潜在利益本身就已经很有吸引力。
未来我们很可能看到的是，企业将左右逢源，利用传统制造技术进行大批量生产，同时依靠增材制造进行定制化生产，不断突破可能的极限。
参考资料
https://triditive.com/what-is-additive-manufacturing-history-and-benefits/[2] https://www.alphaprecisionpm.com/blog/top-10-advantages-and-disadvantages-of-using-additive-manufacturing
[3] https://www.forbes.com/sites/jimvinoski/2024/03/18/the-case-for-bullishness-on-3d-printing/
[4]https://lasertekservices.com/blogs/default-blog/3-things-that-are-holding-back-3d-printing-technology
[5]https://3dprint.com/304204/rip-3d-printing-1987-2023-complexity-is-expensive-d/
[6] https://3dprintingindustry.com/news/3d-printing-trends-for-2024-industry-expert-analysis-on-what-to-watch-this-year-228030/
[7] https://shop3duniverse.com/blogs/digital-fabrication-in-the-news/2024-3d-printing-trends-to-watch-for
[8] https://formlabs.com/blog/25-unexpected-3d-printing-use-cases/
[9] https://www.sciencefocus.com/news/breakthrough-3d-printed-organ-windpipe
[10] https://www.sciencefocus.com/future-technology/future-technology-22-ideas-about-to-change-our-world
[11] https://medicalfuturist.com/future-3d-printing-drugs-pharmacies-closer-think/
[12] https://thereader.mitpress.mit.edu/the-plant-inspired-robots-that-could-colonize-mars/
作者简介
Brandon是一位拥有超过十年经验的深度科技记者、讲述者和技术作家，从软件初创公司到半导体巨头都曾是他报道过的对象。他关注的领域包括嵌入式处理器、硬件、软件和工具，因为它们都与电子系统集成、物联网/工业4.0部署，以及边缘人工智能等应用有关。他还是一名出色的播客、视频博主、活动主持人和会议发言人，并曾在多家电子工程贸易出版物中担任主编和技术编辑。Brandon在不出席面向B2B技术受众的大型活动时，会通过电视指导菲尼克斯地区的体育特许经营公司。