在麥肯錫關(guān)(guān)于3D打印的應(yīng)用市場(chǎng)預(yù)測中，到2025年，3D打印在消費端的市場(chǎng)將達到4千億美金。麥肯錫還預(yù)測到2025年，3D打印在復(fù)雜、小批量的產(chǎn)(chǎn)品制造領(lǐng)(lǐng)域的應(yīng)用將達到3000億美金的市場(chǎng)容量。那么，吸引制造商在產(chǎn)(chǎn)品生產(chǎn)(chǎn)時(shí)應(yīng)用3D打印技術(shù)(shù)的原因是什么呢？

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A.?無(wú)?；?。因灆┢造模具的硽⒕?，周期長(cháng)，這使得3D打印在小批量，定制的制造領(lǐng)(lǐng)域具有節(jié)約時(shí)間，降低成本的優(yōu)(yōu)勢。

B.?成本對設(shè)計的復(fù)雜性不敏感。傳統(tǒng)制造工藝在加工尤其復(fù)雜的設(shè)計的時(shí)候面臨兩個(gè)難題，一是成本隨著(zhù)產(chǎn)(chǎn)品的復(fù)雜性而急劇上升，二是對于過(guò)于復(fù)雜的設(shè)計，難以制造出來(lái)。3D打印成本對設(shè)計的復(fù)雜性不敏感。

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這就給3D打印技術(shù)(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)化的基礎(chǔ)。根據(jù)魔猴網(wǎng)(wǎng)的市場(chǎng)觀(guān)察，在塑料消費產(chǎn)(chǎn)品或機械零部件的直接制造領(lǐng)(lǐng)域，3D打印技術(shù)(shù)的這兩種優(yōu)(yōu)勢已引起產(chǎn)(chǎn)品制造商的興趣，部分制造商已經(jīng)(jīng)在最終產(chǎn)(chǎn)品或零部件制造中應(yīng)用3D打印技術(shù)(shù)，本期，魔猴網(wǎng)(wǎng)就分享兩個(gè)基于光聚合工藝的3D打印技術(shù)(shù)在塑料產(chǎn)(chǎn)品及零部件生產(chǎn)(chǎn)中的應(yīng)用案例。

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從0到1，實(shí)現(xiàn)微流體噴嘴的一體化設(shè)計

家用、商用攪拌機制造商Vitamix在制造商用攪拌機噴嘴時(shí)嘗試使用了3D打印技術(shù)(shù)。這些微流體噴嘴的作用是用于從300微米孔中噴射加壓水，以便快速有效地沖洗攪拌器容器。噴嘴定期暴露于漂白劑、清潔劑和其他消毒劑中。因此，Vitamix對于這些噴嘴的功能要求是雙重的：

具有堅固的微流體設(shè)計，以便進(jìn)行高速和高壓噴射水，噴嘴需要具有非常特殊和精細的幾何形狀；

可靠性，特別是在商業(yè)(yè)食品服務(wù)(wù)環(huán)(huán)境中應(yīng)對日常磨損的能力。

注塑生產(chǎn)(chǎn)時(shí)所采用的噴嘴設(shè)計，由6個(gè)零件組裝而成,圖片來(lái)源：Carbon

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最初，設(shè)計師們?nèi)圓捎昧嗽杏糜謐⑺萇a(chǎn)(chǎn)的噴嘴設(shè)計方式，噴嘴由六個(gè)獨立零件組裝而成，設(shè)計師通過(guò)3D打印設(shè)備制造這六個(gè)塑料零件，然后組裝成噴嘴。采用這種設(shè)方式，可以降低模具成本，縮短零件交付周期，在幾天內(nèi)完成零件（而采用注塑成型則需要幾個(gè)月的時(shí)間），并能夠在保證零件具有高幾何保真度的同時(shí)也具有良好機械性能。然而，這種方法仍然需要多部件組裝，并沒(méi)有充分利用到3D打印技術(shù)(shù)在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)(yōu)勢。

從傳統(tǒng)設(shè)計走向為增材制造而設(shè)計-Vitamix噴嘴設(shè)計方式的演變，圖片來(lái)源：Carbon

于是，Vitamix設(shè)計團隊再次審視整個(gè)工藝，這一次，設(shè)計師突破了設(shè)計自由度和設(shè)計優(yōu)(yōu)化的界限，把目標放在制造整個(gè)噴嘴上，將這個(gè)噴嘴設(shè)計優(yōu)(yōu)化成一個(gè)單一的功能集成零件，沒(méi)有裝配要求，實(shí)現(xiàn)了噴嘴的完全優(yōu)(yōu)化。優(yōu)(yōu)化后的整體噴嘴具有300微米的孔和復(fù)雜的微流體通道結(jié)構(gòu)，使用材料減少了30％，制造的手工勞動(dòng)減少了55％，噴嘴的成本降低約33％，新噴嘴的耐用性提高了10倍以上。

通過(guò)有限元仿真識別潛在的應(yīng)力區(qū)并確保生產(chǎn)(chǎn)可制造性，圖片來(lái)源：Carbon。

噴嘴的設(shè)計師采用Carbon的剛性聚氨酯（RPU）材料和DLS（數(shù)字光合成）3D打印設(shè)備對零件進(jìn)行3D打印。

最終通過(guò)測試的3D打印噴嘴設(shè)計，圖片來(lái)源：Carbon。

Vitamix在應(yīng)用3D打印技術(shù)(shù)的過(guò)程中還加強了產(chǎn)(chǎn)品快速迭代的能力，使用注塑成型方法，單個(gè)設(shè)計迭代和所需模具可能需要8到10周，而采用3D打印技術(shù)(shù)，可以進(jìn)行快速的設(shè)計驗證以及最終的可制造性驗證，產(chǎn)(chǎn)品工程師在短短四周的時(shí)間內(nèi)成功地在噴嘴設(shè)計上迭代了六到七次。目前，Vitamix準備通過(guò)3D打印技術(shù)(shù)生產(chǎn)(chǎn)上萬(wàn)個(gè)功能集成化噴嘴。

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批量定制化生產(chǎn)(chǎn)

Gillette（吉列）利用Formlabs光固化(SLA)3D打印機作為剃須刀手柄定制化生產(chǎn)(chǎn)設(shè)備，推出了48種不同的設(shè)計方案，以及多種顏色供消費者選擇，消費者還可以添加自定義文字。

Razor Maker?的設(shè)計師能夠快速測試設(shè)計創(chuàng )(chuàng)意，在幾天之內(nèi)，就可以將設(shè)計構(gòu)思轉(zhuǎn)變?yōu)?D模型，最后再制造成實(shí)體產(chǎn)(chǎn)品。魔猴網(wǎng)(wǎng)認為，3D打印技術(shù)(shù)的應(yīng)用使吉列加快了產(chǎn)(chǎn)品上市速度，縮短反饋循環(huán)(huán)，并在設(shè)計上更快地迭代，這與快速迭代的消費品市場(chǎng)尤其的合拍。

在設(shè)計方面，由于3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的設(shè)計，設(shè)計師推出了更為復(fù)雜的設(shè)計款式。

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由于3D打印技術(shù)(shù)在剃須刀手柄定制化生產(chǎn)(chǎn)中的應(yīng)用，吉列的服務(wù)(wù)模式也發(fā)(fā)生了改變，消費者可以參與到產(chǎn)(chǎn)品設(shè)計中來(lái)。首先，消費者通過(guò)Razor Maker?網(wǎng)(wǎng)站設(shè)計一個(gè)獨一無(wú)二的手柄，然后將生成的設(shè)計轉(zhuǎn)換為3D文件。Razor Maker?制造團隊將多個(gè)設(shè)計文件發(fā)(fā)送到3D打印機，進(jìn)行批量定制生產(chǎn)(chǎn)。完成3D打印的手柄，經(jīng)(jīng)過(guò)清洗、后固化、涂料和組裝等后處理流程，最后交付給消費者。

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傳統(tǒng)制造技術(shù)(shù)，如注塑成型，是難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；ㄖ粕a(chǎn)(chǎn)的，而無(wú)需使用模具，直接制造產(chǎn)(chǎn)品，易于制造小批量定制化產(chǎn)(chǎn)品是3D打印的固有優(yōu)(yōu)勢。在這個(gè)應(yīng)用中，3D打印技術(shù)(shù)消除了對注塑模具的需求，因此吉列無(wú)需對該產(chǎn)(chǎn)品進(jìn)行前期模具的投資。

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3D打印與注塑競爭的可能性有多大？無(wú)疑，注塑工藝的優(yōu)(yōu)勢在于大批量，而3D打印的優(yōu)(yōu)勢在于小批量或者是生產(chǎn)(chǎn)非常復(fù)雜的設(shè)計。目前，3D打印的在塑料產(chǎn)(chǎn)品生產(chǎn)(chǎn)領(lǐng)(lǐng)域的發(fā)(fā)展空間要么是小批量簡(jiǎn)單設(shè)計，要么是大批量非常復(fù)雜的設(shè)計。

3D打印技術(shù)(shù)要想在大批量復(fù)雜產(chǎn)(chǎn)品的生產(chǎn)(chǎn)工藝上獲得比注塑工藝更大的優(yōu)(yōu)勢就需要打印速度更快。而提升打印速度，正是塑料3D打印技術(shù)(shù)發(fā)(fā)展中的一個(gè)明顯的趨勢。比如說(shuō)Stratasys研發(fā)(fā)實(shí)驗室孵化出來(lái)的Evolve Additive公司，推出了一種與中等批量注塑生產(chǎn)(chǎn)競爭的3D打印技術(shù)(shù)-選擇性熱塑性電子照相過(guò)程（STEP），Evolve Additive稱(chēng)該技術(shù)(shù)，至少比粘合劑噴射3D打印技術(shù)(shù)快一個(gè)數(shù)量級。

來(lái)源：http://www.51shape.com/