3D打印：拓展人类制造的边界

早在2012年英国《经济学人》杂志发表专题文章，称3D打印 (增材制造) 将是第三次工业革命，随着3D打印技术的不断发展，如今产业界更多地思考如何将3D打印发挥出其独特的功效，而不仅仅是概念的炒作。

在美国佛罗里达州迈阿密 Nicklaus 儿童医院，年幼的Mia长期承受着呼吸不畅的折磨。她是一个心脏罕见疾病患者，双层脉弓纠缠在一起，血管环缠绕在气管和食道的四周，抑制空气流动，并导致咳嗽和呼吸道反复感染。

Nicklaus 儿童医院参照 Mia 的 CT 扫描图，制作了3D 打印心脏模型。有了这个模型，儿童心血管外科主任 Redmond Burke医生和他的团队便能确定脉弓需要分离的部位，以达到最佳的治疗效果。

借助于Stratasys 3D打印解决方案，那些扭曲的血管可以采用不同的颜色分层打印出来，借助热成像技术最大程度地还原细节。短短两个月，Mia 就从手术中恢复过来，回归正常生活，告别了四年因误诊而经历的痛苦生活。对于外科医生而言，一个精确的 3D 模型比单纯的先进成像技术更有价值。

Stratasys公司是FDM打印技术发明者和全球最大的工业/专业级3D打印机公司，其亚太及日本地区总裁Omer Krieger分享这些案例时解释说，3D打印在医疗模型领域大有可为。每个人的病灶都不一样，用CT扫描病灶部位后，再用不同的色彩，硬性或软性的材料把相关部位打印出来，将方便外科手术医生进行手术规划。

3D打印，想说爱你不容易
从1983年第一台3D打印机问世以来，行业发展到今天，3D打印技术的价值和对传统制造的破坏性影响还没有发挥到极致。根据咨询公司安永的调研，只有4%的公司在战略层面运用到了3D打印的技术，还有76%的企业对此没有经验。但是根据全球知名研究和咨询公司Gartner发布的2017年3D打印行业的预测报告，到2020年，10%的工业运营商会将机器人、3D打印技术整合到制造业流程中;在医疗领域，30%的内部医疗植入物和设备将是3D打印的;此外，产品生产时间将因3D打印减少25%，全球75%的制造业务将整合3D打印工具、夹具用于生产成品。

与大规模工业制造需要开模相比，3D打印技术的好处很明显，能迅速将设计创意转变为实物，尤其擅长复杂结构的制作，便于设计师和用户进行早期设计验证，帮助缩短研发周期，制作过程不用考虑生产工艺，可以直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体等等。

Omer Krieger说，“此前3D打印多是在第一阶段原型阶段使用，现在逐步进入工具制作的阶段，我们要达成的是第三阶段的目标，即实现直接数字制造(DDM)，即用3D打印直接走向生产制造，做出最终使用的零件。”

原材料的制约
直接数字制造是根据 3D CAD 数据进行 3D 打印，直接制造最终产品的制作流程，包括制造产品原型、生产工具或最终零部件等。这种“智能制造”的方式能显著缩短交付时间和生产成本，并具有小批量生产优势，帮助企业快速响应客户需求及市场变化。

医疗和航空航天领域恰好是对打印材料和技术要求极高，又需要采用个性化定制的领域，而在汽车和电子电气行业， 3D 打印技术已经开始用于超小规模量产和备件生产。“这是生产制造概念的革新，增材制造不会替代传统制造业，反而是在全新的领域进行开拓。”Omer Krieger说。
但是要实现这一目标却对打印材料提出了极高的要求，不仅要满足强度等功能要求，还要满足对表面光滑程度、美观度的要求。为此，化工业巨头巴斯夫于2017年9月1日成立新公司——巴斯夫 3D 打印解决方案有限公司，主要致力于建立和拓展3D打印材料、系统解决方案、组件和服务等业务。

在化工行业，巴斯夫拥有广泛的 3D 打印材料产品组合，包括各种热塑性工程塑料、聚氨酯、丙烯酸酯系统(如感光聚合物)、光敏材料、功能添加剂、稳定剂、颜料和金属系统等等。在独立成型部件的工业制造领域(如汽车制造)，巴斯夫为激光烧结工艺开发的聚酰胺-6 粉末比普遍使用的聚酰胺-12提高了成品的强度和热稳定性。巴斯夫亚太创新园(上海)的3D打印研发实验室里，研发人员正在开发面向高冲击强度 3D 打印功能件的先进油墨和树脂材料。“这是因为采用现有3D 打印先进技术生产的塑料部件在机械和热力性质方面往往有局限性。我们需要有针对性地改善材料性质，满足塑料、陶瓷或金属部件生产的要求。”巴斯夫新业务公司3D打印高级业务发展经理Michael Tang说。“未来3D打印技术能否普及取决于打印产品的价格是否更加经济实惠。因此，重点在于降低材料和设备成本、增加产量和提高质量。”

让飞机成为3D打印的产物
与Stratasys主要从事塑料和复合材料打印不同的是，美国工业公司霍尼韦尔在航空航天领域首次尝试金属材料打印。塑料打印和金属打印是两个完全不同的概念，两者之间没有任何的共通性。

2015年1月，霍尼韦尔成为第一家使用电子束熔炼(EBM)技术(即3D打印)，利用铬镍铁合金718生产航空航天零部件的企业。 铬镍铁合金作为“超合金”，是一种拥有若干关键特性的合金，耐氧化和耐腐蚀，在高温高压等极端条件下也适用，因此可用于飞机发动机。

2015年1月28日，霍尼韦尔首次正式使用这种材料和技术生产航空航天组件，在HTF7000发动机上实验设计管腔。 通过将8个不同零件号合并成一个限定的零件编号的设计，交付时间可从数月减少至数周。最终可获得一个质量更好的零件，同时实现轧制产量增加、减少库存、提升生产速度，降低生产成本。有了成功经验的支撑，霍尼韦尔开始用同样的技术和材料生产后轴承涡轮支架(RBTS)，并且已经确定考虑运用3D打印技术生产多种零件。

霍尼韦尔航空航天增材制造专家Donald Godfrey 说道，“3D打印开启了航空制造业的新篇章。下一个大的推动将是用该技术制造辅助工具，霍尼韦尔正在开发这项技术来帮助降低工具上的预算，并推动其投入生产，在减少零部件耗费成本的同时提高质量(轧制产量)。随着3D打印应用的普及，我们预计航空业将进入一个快速供应链管理阶段，因为公司们都可以在网上打印所需的部件了。”

与此同时，Stratasys也成为了空客公司的供应商，专门为其生产A350型号飞机的零部件。虽然定单量很小，只有36个零部件，因为这些零部件在每架飞机上可能只会用到一个或者几个，但这些小小的进步里埋藏着前景广阔的未来。

来源：中国经营网 商学院作者：钱丽娜