3D打印的十大優(yōu)勢

　　3D打印將精準(zhǔn)的數(shù)字技術(shù)、工廠的可重復(fù)性和工匠的設(shè)計(jì)自由結(jié)合在一起，解放了人類創(chuàng)造東西的能力。本文是對當(dāng)下3D打印技術(shù)帶來便利的總結(jié)，節(jié)選自中信出版社《3D打印：從想象到現(xiàn)實(shí)》一書。

　　大多數(shù)人第一次聽到3D打印時(shí)，他們就想到了那些老式的、常見的桌面打印機(jī)。噴墨打印機(jī)和3D打印機(jī)最大的區(qū)別是維度問題，桌面打印機(jī)是二維打印的，在平面紙張上噴涂彩色墨水，而3D打印機(jī)可以制造拿在手上的三維物體。3D打印機(jī)依據(jù)計(jì)算機(jī)指令，通過層層堆積原材料制造產(chǎn)品。在人類歷史的大部分時(shí)間里，我們通過切割原料或通過模具成型制造新的實(shí)體物品。

　　3D打印的技術(shù)名稱是“增材制造”，這是對實(shí)際打印過程比較貼切的描述。3D打印獨(dú)特的制造技術(shù)讓我們能夠生產(chǎn)前所未有的各種形狀的物品。3D打印不是一種新技術(shù)，3D打印機(jī)已在制造機(jī)加工車間默默地工作了幾十年。在過去的幾年里，由于受到計(jì)算能力、新型設(shè)計(jì)軟件、新材料、創(chuàng)新推動(dòng)及互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)步的推動(dòng)，3D打印技術(shù)發(fā)展迅速。

　　計(jì)算機(jī)在3D打印過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，沒有計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，3D打印機(jī)就會(huì)癱瘓。3D打印機(jī)正常運(yùn)作的前提是要輸入一個(gè)設(shè)計(jì)好的電子藍(lán)圖或設(shè)計(jì)文件，它們負(fù)責(zé)告訴3D打印機(jī)在哪里放置原材料。事實(shí)上，沒有連接計(jì)算機(jī)及設(shè)計(jì)文件的3D打印機(jī)是沒有用處的，就像沒有存儲(chǔ)音樂的iPod。

　　3D打印過程如下：3D打印機(jī)在設(shè)計(jì)文件指令的導(dǎo)引下，先噴出固體粉末或熔融的液態(tài)材料，使其固化為一個(gè)特殊的平面薄層。第一層固化后，3D打印機(jī)打印頭返回，在第一層外部形成另一薄層。第二層固化后，打印頭再次返回，并在第二層外部形成另一薄層。如此往復(fù)，最終薄層累積成為三維物體。

　　3D打印機(jī)不像傳統(tǒng)制造機(jī)器那樣通過切割或模具塑造制造物品。通過層層堆積形成實(shí)體物品的方法從物理的角度擴(kuò)大了數(shù)字概念的范圍。對于要求具有精確的內(nèi)部凹陷或互鎖部分的形狀設(shè)計(jì)， 3D打印機(jī)是首選的加工設(shè)備，它可以將這樣的設(shè)計(jì)在實(shí)體世界中實(shí)現(xiàn)。

　　3D打印的十大優(yōu)勢

　　來自各個(gè)行業(yè)、具有不同背景和專業(yè)技術(shù)水平的人用類似的方式描述，3D打印幫助他們減少主要成本、時(shí)間和復(fù)雜性障礙。

　　優(yōu)勢1：制造復(fù)雜物品不增加成本。就傳統(tǒng)制造而言，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高。對3D打印機(jī)而言，制造形狀復(fù)雜的物品成本不增加，制造一個(gè)華麗的形狀復(fù)雜的物品并不比打印一個(gè)簡單的方塊消耗更多的時(shí)間、技能或成本。制造復(fù)雜物品而不增加成本將打破傳統(tǒng)的定價(jià)模式，并改變我們計(jì)算制造成本的方式。

　　優(yōu)勢2：產(chǎn)品多樣化不增加成本。一臺(tái)3D打印機(jī)可以打印許多形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同形狀的物品。傳統(tǒng)的制造設(shè)備功能較少，做出的形狀種類有限。3D打印省去了培訓(xùn)機(jī)械師或購置新設(shè)備的成本，一臺(tái)3D打印機(jī)只需要不同的數(shù)字設(shè)計(jì)藍(lán)圖和一批新的原材料。

　　優(yōu)勢3：無須組裝。3D打印能使部件一體化成型。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)建立在組裝線基礎(chǔ)上，在現(xiàn)代工廠，機(jī)器生產(chǎn)出相同的零部件，然后由機(jī)器人或工人（甚至跨洲）組裝。產(chǎn)品組成部件越多，組裝耗費(fèi)的時(shí)間和成本就越多。3D打印機(jī)通過分層制造可以同時(shí)打印一扇門及上面的配套鉸鏈，不需要組裝。省略組裝就縮短了供應(yīng)鏈，節(jié)省在勞動(dòng)力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)。供應(yīng)鏈越短，污染也越少。

　　優(yōu)勢4：零時(shí)間交付。3D打印機(jī)可以按需打印。即時(shí)生產(chǎn)減少了企業(yè)的實(shí)物庫存，企業(yè)可以根據(jù)客戶訂單使用3D打印機(jī)制造出特別的或定制的產(chǎn)品滿足客戶需求，所以新的商業(yè)模式將成為可能。如果人們所需的物品按需就近生產(chǎn)，零時(shí)間交付式生產(chǎn)能最大限度地減少長途運(yùn)輸?shù)某杀尽?/p>

　　優(yōu)勢5：設(shè)計(jì)空間無限。傳統(tǒng)制造技術(shù)和工匠制造的產(chǎn)品形狀有限，制造形狀的能力受制于所使用的工具。例如，傳統(tǒng)的木制車床只能制造圓形物品，軋機(jī)只能加工用銑刀組裝的部件，制模機(jī)僅能制造模鑄形狀。3D打印機(jī)可以突破這些局限，開辟巨大的設(shè)計(jì)空間，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形狀。

　　優(yōu)勢6：零技能制造。傳統(tǒng)工匠需要當(dāng)幾年學(xué)徒才能掌握所需要的技能。批量生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)控制的制造機(jī)器降低了對技能的要求，然而傳統(tǒng)的制造機(jī)器仍然需要熟練的專業(yè)人員進(jìn)行機(jī)器調(diào)整和校準(zhǔn)。3D打印機(jī)從設(shè)計(jì)文件里獲得各種指示，做同樣復(fù)雜的物品，3D打印機(jī)所需要的操作技能比注塑機(jī)少。非技能制造開辟了新的商業(yè)模式，并能在遠(yuǎn)程環(huán)境或極端情況下為人們提供新的生產(chǎn)方式。

　　優(yōu)勢7：不占空間、便攜制造。就單位生產(chǎn)空間而言，與傳統(tǒng)制造機(jī)器相比，3D 打印機(jī)的制造能力更強(qiáng)。例如，注塑機(jī)只能制造比自身小很多的物品，與此相反，3D打印機(jī)可以制造和其打印臺(tái)一樣大的物品。3D打印機(jī)調(diào)試好后，打印設(shè)備可以自由移動(dòng)，打印機(jī)可以制造比自身還要大的物品。較高的單位空間生產(chǎn)能力使得3D打印機(jī)適合家用或辦公使用，因?yàn)樗鼈兯璧奈锢砜臻g小。

　　優(yōu)勢8：減少廢棄副產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的金屬制造技術(shù)相比，3D打印機(jī)制造金屬時(shí)產(chǎn)生較少的副產(chǎn)品。傳統(tǒng)金屬加工的浪費(fèi)量驚人，90％的金屬原材料被丟棄在工廠車間里。3D打印制造金屬時(shí)浪費(fèi)量減少。隨著打印材料的進(jìn)步，“凈成形”制造可能成為更環(huán)保的加工方式。

　　優(yōu)勢9：材料無限組合。對當(dāng)今的制造機(jī)器而言，將不同原材料結(jié)合成單一產(chǎn)品是件難事，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的制造機(jī)器在切割或模具成型過程中不能輕易地將多種原材料融合在一起。隨著多材料3D打印技術(shù)的發(fā)展，我們有能力將不同原材料融合在一起。以前無法混合的原料混合后將形成新的材料，這些材料色調(diào)種類繁多，具有獨(dú)特的屬性或功能。

　　優(yōu)勢10：精確的實(shí)體復(fù)制。數(shù)字音樂文件可以被無休止地復(fù)制，音頻質(zhì)量并不會(huì)下降。未來，3D打印將數(shù)字精度擴(kuò)展到實(shí)體世界。掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)將共同提高實(shí)體世界和數(shù)字世界之間形態(tài)轉(zhuǎn)換的分辨率，我們可以掃描、編輯和復(fù)制實(shí)體對象，創(chuàng)建精確的副本或優(yōu)化原件。

　　以上部分優(yōu)勢目前已經(jīng)得到證實(shí)，其他的會(huì)在未來的一二十年（或三十年）成為現(xiàn)實(shí)。3D打印突破了原來熟悉的歷史悠久的傳統(tǒng)制造限制，為以后的創(chuàng)新提供了舞臺(tái)。