增材制造:颠覆还是进化?

3D打印，也被称为增材制造，“将改变我们生活的方方面面，”康奈尔大学副教授Hod Lipson说，3D打印技术可以用不锈钢和钛、塑料(3D打印的起点)、纸和其他材料，包括活体组织(仍在开发中)，比如打印新的心脏瓣膜、椎间盘，或为事故受害者定制的组织替代品。

3D打印机使用自动化和控制，尽管它们可以集成更多。许多机器没有反馈装置，因此不提供闭环控制。提高未来几代机器的速度和精度将受益于额外的自动化。

利普森是最近出版的《捏造:3D打印新世界》(John Wiley出版社)一书的作者，他在芝加哥主办了3D打印内部会议和博览会，这是2013年关于该主题的三部分系列会议中的第二部分。增材制造，主题控制工程2013年10月的文章，也可能给制造和装配带来巨大的变化。芝加哥会议的与会者来自16个国家，注册者来自美国35个州，涉及多个行业，这个话题具有广泛的吸引力。

3D打印改变一切

利普森表示，无论是颠覆性的还是仅仅是一种进化，3D打印将在经济、社会和各种商业模式上产生深远的变化。例如，供应链中断的一个例子可能是(也许在20年内)，客户选择了未来的智能手机设计，下载它，然后在当地商店打印它，省去了传统的制造、组装和物流。

3D打印机现在在选择性应用中进行增材制造，取代了去除材料以形成零件的CNC机床。计算机数控(CNC)机器是自动化和控制的重度用户，而3D打印机，为了提高精度和速度，将需要使用更多。目前，3D打印在产品的设计和原型阶段特别有用，但越来越多地用于创建定制的最终产品，以及小批量生产，从一个到几千个。可以节省大量的材料。想象一下，一大块钛用于航空航天部件;一块木块的85%可能会被切掉。只形成所需的15%可以节省大量的时间和材料。

最大的3D机器公司之一Stratasys Ltd.的董事长兼首席创新官S.斯科特·克伦普(S. Scott Crump) 25年前与妻子琳达(Linda)在他们的车库里共同创立了这家公司。“现在，一些产品可以在计算机辅助设计(CAD)软件中进行设计，按下打印按钮，就可以得到成品。”此外，数字化部件制造可以生产完整的最终用户组件。

“1988年，3D打印机还不存在，”克伦普说。“我们用相对较低的1.2万美元制作了第一款。它用胶枪上的细珠子给我两岁的女儿做了一个玩具青蛙。1992年，它是一种自动胶枪。1994年，在第一款商业产品的正式工程设计之后，我们制造了第一台3D打印机。”

今天，3D打印正在改变人们的生活。3D打印的外骨骼可以让以前残疾的女孩用橡皮筋平衡重力来玩耍。

Stratasys制造了22种3D打印机模型，有120多种输出材料。据Wohlers Associates的数据，目前已经安装了3万多台3D打印机，占所有商用3D打印机的55%。

3D打印市场影响力增长

克伦普援引麦肯锡全球研究所5月份的一份报告称，到2025年，3D打印在某些应用领域每年可产生2300亿至5500亿美元的经济影响，其中消费用途最大，其次是直接制造和使用3D打印创建工具和模具。他们都没有提到今天的经济影响。MGI报告指出，家用3D打印机价格在短短四年时间里下降了90%，并表示增材制造收入在过去10年增长了4倍，到2025年收入将增长到2000 - 6000亿美元。

克伦普说，Stratasys与行业一起成长，拥有1200多名员工，8000多家客户，550多项专利。2012年，该公司收入约3.5亿美元，利润近6000万美元，在全球拥有12个办事处，260个经销商，约1000名直销人员。该公司在三个系列打印机中提供两种3D技术。

克伦普说:“3D技术提供了一个创意引擎，可以提高原型设计的能力，并提供无需生产线的生产。”奥巴马总统曾吹捧3D制造是推动制造业增长的一种方式，通用电气也曾谈到用3D技术制造喷气发动机。达美航空目前使用3D打印技术制造备件。“现在任何人都可以使用3D打印，”克伦普说。其他用途包括汽车、制造夹具和固定装置、医疗、消费、建筑、工业和教育。大规模定制是负担得起的，无需工具或设置。再想想，因为制造业的变化并不缓慢;3D打印正在颠覆我们对制造业和工业的理解。

克伦普表示，增材制造可以成为未来的自动化工厂。“我们每天用几个操作员生产数千个零部件和组件。它干净、高效、灵活。我们可以早上做一个玩具，下午做一个飞机零件。我们全天候工作，三班倒，提供即时在线报价和快速周转。”

使用熔融沉积建模(FDM)技术，“唯一的限制是你的想象力。这些机器将生产转移到桌面。该工艺清洁，易于使用，并提供多种价格，树脂，塑料和金属。”甚至艺术家和时装设计师也在使用它们。“欢迎来到3D世界。我们对它的价值充满热情。”

负担得起的3 d

MakerBot Industries的首席执行官布雷·佩蒂斯(Bre Pettis)帮助使3D打印变得便宜和容易获得。在分享对下一次工业革命的思考时，他说MakerBot用户正在改变世界。他还指出，但没有提供细节，“斯科特和我刚刚签署了一份合作协议。”该交易于2013年6月19日宣布，将MakerBot合并为Stratasys的子公司，根据业绩，以股票换股票的交易价值高达6.04亿美元，预计将在2013年第三季度完成，“取决于监管部门的批准和此类交易的其他常规条件，”两家公司的声明称。MakerBot 2013年第一季度的收入为1,150万美元，而2012年全年的收入为1,570万美元。

佩蒂斯说，“当你修理和制造东西时，大脑中会释放出让你快乐的化学物质，”不过，他似乎带着个人知识补充说，“永远不要在调制鸡尾酒的机器人上随意设置按钮。”

在MakerBot的Thingiverse.com网站上，创作者们分享他们的作品并得到认可。那里有8万种设计，其中一半是在过去90天里新增的。

他们做了什么

MakerBot Customizer允许熟悉SolidWorks或AutoCAD的人设计自己的iPhone手机壳。此外，还有德宝积木到布里奥轨道适配器，对于那些喜欢亲身体验玩具火车的人来说，这显然是一个需要。

MakerBots的用户包括美国宇航局喷气推进实验室(NASA Jet Propulsion Lab)，该实验室已将其用于航天器隔热罩原型设计。一位发明家失去了手指，他决定制造新的手指。由此产生的机器手，在一次次修改中迅速发展，允许协作工作，让受伤的孩子再次变得灵巧。孩子们不再需要2万美元定制的假肢，比如运动鞋。这种设计消除了硬件，具有更容易的电缆安装，并允许根据需要打印更大的尺寸;使用了5美元的塑料。

一位布景设计师曾经花了几天时间，用纸板、胶水和刀子来制作布局。现在是一夜间完成。

教育工作者让孩子们打印模型房子，把它们放在模型河边，让水流动来演示侵蚀。

一对父亲和女儿准备去一个昂贵的游乐园度假，他们为女儿的鞋子定制了矫正器，让她的鞋子变得41.5英寸。孩子站在42里。高个子，骑所有的游乐设施。

一位音乐爱好者用MakerBot制作了一架羽管键琴。

家长们正在使用3D扫描来扫描和复制珍贵的培乐多艺术项目，这些项目很快就会变硬和破碎。

佩蒂斯，克伦普互相询问3D设计，小生意

佩蒂斯向克伦普询问了Stratasys机器的早期版本。

“我们在向人们解释早期的机器时遇到了障碍，”克伦普回答说。“我会去机械工程办公室。他们理解我说的，但在那个时候，用电脑做所有的设计还不是公认的标准。我开了很多非常短的会。”

克伦普说，虽然激情依然存在，但在早期，人们对制造机器充满激情，而不是建立公司。“我妻子提醒我要赚钱。”

克伦普对佩蒂斯说:“你早期的工具箱有一个木头框架。真是天才。我们做了同样的事情。胶木。它以25万美元的价格售出。有趣的是，木头会燃烧。盒子里有一个加热元件。ABS塑料是燃料。最初的模型确实抽了几个房间。没有人死亡或入狱。 It was not disaster, but there was definitely a learning curve involved.”

克伦普问道:“你们为什么把第一批机器作为工具包提供?”

“部分原因是，”佩蒂斯回答说，“我们没有制造能力。我们三个人带着激光切割机和梦想。如果我们是工程师，我们应该还在原型机上。工具包包括盒子、一块电路板、装着组件的三明治袋、银焊料，以及如何在烤箱中燃烧电路板的说明。MakerBot的前200名买家是先驱者。我们想，如果顾客能把它组装起来，它坏了，他们就知道怎么修理。当我们开始发送完整组装的机器时，一些早期客户说他们想自己组装。”

佩蒂斯继续解释说，适应制造业需要一段时间。“我们找到了我们想买的步进电机。下了订单，想再买一些，却被告知我们全部买完了。我们认为这是不可能的。更复杂的是，他们有6周的交货时间。他们要去度假6周。”

“对其他初创公司有什么建议吗?”发嘎吱嘎吱声问。

“是的，”佩蒂斯说。“如果你经营的是一家小企业，我建议你尽快达到这一点。雇佣那些知道自己在做什么并且以前做过的专业人士。这样，你就可以更轻松地实现每天运送数百件，而不是一个月运送20件。”

——Mark T. Hoske, CFE Media内容经理控制工程、mhoske@cfemedia.com．

在线

www.stratasys.com

链接到底部的其他3D文章。

2013年的第三次会议“Inside 3D Printing”将于9月17日至18日在圣何塞举行。

视频展示了3D打印的外骨骼，框架上有平衡的橡皮筋，可以让孩子玩耍、写作和玩游戏，而以前她不能。www.stratasys.com/resources/videos

www.makerbot.com

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。