3D打印与美国梦的重塑

2011年9月26日

生产价格成分

一个典型终端产品的售价其中有40%是由生产成本决定的。因而，对于任何从事产品制造或生产的公司而言，制造过程必须越高效越好。为了达成这一目标，公司必须不断监管运营并寻找新的方式以精简来保证产品能够在本地和全球市场竞争。3D打印如何提高产品生产效率呢？

什么是3D打印？

让我们从头说起。传统制造技术的本质是“减法型”。换言之，传统技术取一块原材料，使用切割工具削成想要的产品（就像照片反面的塑像）。

对于制成部件可移动的复杂产品而言，这一传统技术无用武之地。唯一解决之道在于首先生产成分“呆板”的部分，然后将它们组装称“智能”的整体。这一过程可以人工也可通过自动流水线完成。但这两种方法既耗时又昂贵。

    相较之下，3D打印是“加法型”的制造过程。开始没有“块状物”削减或塑形，而是从零开始：先喷射流动物质然后一层一层加固成型。这一技术的主要优势在于能够跳过流水作业，一次性生产复杂的移动的物件（就如照片反面的压折工具——可以使用Objet30桌上型三维打印机一步完成）。

    它是如何做到的呢？如果打印头在页面上前后移动，就会精确地知道在哪喷墨以及在哪跳过空白空间。打印固体物是同样的原理。无论是使用喷头还是激光甚至胶水的3D打印机能够轻易地跳过必须的最终形成移动部件的设计缺口。

3D打印的优势何在？

——不受切割工具限制

首先，切磨这样的减法型技术受切割工具限制，一些需要考虑的限制因素有切割的深度，力度以及最大额度。这些因素都对最终产品有几何的限制。

——无生产线成本

使用的机器也要纳入考虑的范围。就拿自行车链条来说。由于自行车链条部件可移动，几何学复杂，因而不能从铁块上凿刻而成。设计首先得分裂称几个部件，然后进行制造和加工。要做到这点，必须使用几部机器。

    例如，压力机是用来切割并将钢块压成不同链条的形状的。在烤箱中对钢进行淬水和抛光后，部件被放入另一部机器中组装称管道在与其他的链条成分连接起来。另一部机器在压制烧针固定链条各部分。钳子再沿线移动完成的链条部分。校正机再检查瑕疵。待装有激光工具的机器测量切割的确定点后，自动刀片精确地切割链条。最后一步：插入和固定主链条的机器将链条的一端与其另一端连接起来。

生产一辆标准的56英寸自行车链条包括57道连接工序，完整的生产线必须首先切割570部件，（114条内链，114条外链，114个滚筒，114个铆钉和114个轴衬）然后将它们组装称最后的链条。

——无需组装

现在将它与3D打印机做个比较。3D打印机无需组装就能一次性生产出整个自行车链条。问题在于我们已经长期习惯于使用“传统”方式组装产品，而不愿接受简单易行的3D打印技术。

当然，由于使用3D打印技术生产的自行车链条式以增加的形式完成的，可以说“从零开始”，整个生产过程没有传统意义上的“开始”和“结束”工序，因而也无需主链连接环的两端。（参照照片反面的自行车链条——使用Objet30桌上型三维打印机打印的——注意没有任何主链。）

看过由3D打印机完全组装而成的自行车链条的人一定会有“吃惊得说不出话”的感觉。当然，这只是展示了3D打印技术的能力。无论是使用传统制造技术还是“加法型”制造技术生产的真正的自行车链条，仍需镀锈并磨光。

3D打印的本质在于使用淬水过后的液体感光性树脂或是粉末或是连接而成的塑料，最终结果尚不能同传统技术制造的结果相提并论。但随着大型3D打印公司继续对必要材料和化学研发工作进行投资，情况正越来越佳。

未来20年，3D打印材料会更强劲，甚至比常规制造所用的很多材料还要强劲。到那时，3D打印将会真正取代传统制造过程，至少在定制或短期交货是公司附加值重要组成部分的行业成为强劲的利基竞争对手。

3D打印如何帮助降低制造成本？

传统的原型制作介于CAD和CAM之间，在产品发展过程中既费钱又费时。因此，很多高端设计公司，工程公司和制造公司使用3D打印完成产品原型制造这一工序。目的在于快速生产所需产品的精确模型，再送去进行制造。

根据一份2010年发布的“工程建造的成本减少战略：使用仿真做出更好决定”研究报告显示，70%最盈利的公司为了保证在第一轮设计中不出差错，会比其竞争对手更倾向于使用模拟方式。虽然报告中使用了“模拟”一词，3D打印为了快速成型的目的也使用了同样的方法。

    通过在公司内部使用3D打印机来再次进行产品设计，公司可以早在设计初期就更完整地分析和了解未来的产品。这些公司更有可能早发现问题以降低整个设计和制造成本，并节省了后期工程再加工的高昂费用。

当然，问题在于3D打印机必须精确地捕捉到所需终端产品的细节处的差别。在产品的外观和手感与功用一样重要的产业，原型必须竟可能与真货接近。要能在一台机器上充分将必要的精确度和材料多用性相结合，只有唯一的技术——喷头设计的多材料3D打印技术可以做到。

只有喷头设计的3D打印技术能够将柔软和刚硬的材料和不同颜色深度这样不同的材料特性混合，再将它们放置在同一个原型的不同部分（请看这张照片的轮子原型——结合了刚性的轮缘和橡皮状的轮胎使用了Objet Connex多材料3D打印机一步打印而成）。使用喷头的3D打印过程的产品的外观和手感在大多数情况下与真货难辨。

未来畅想

就全球经济的大范围以及最近西方国家传统制造业的大衰退来看，3D打印技术为未来追求更小型更灵活的生产能力掀开了帷幕。这是更集中于个人，企业家和创新者的能力，这些个人使用3D打印的创造力越过“原型制造的障碍”以更低的成本成功将他们的产品推向市场。

我们已经在如Quirky 这样的公司的商业模式上看到这场革命的种子已发芽。Quirky 公司凭借购买的3D打印机为所有拥有创新产品理念的个人提供了可以将该理念变成可使用的原型以及最终可盈利的成品的机会。

    虽然最终的制造本身仍可外包给既有的生产者或劳动力更高效的市场，理念本身以及由该理念生产出的收入可以被任何一个能够自由并创造性地思考的个人获得。至少对我而言，美国梦的复兴以及再创造的影响立即涌入脑海。

3D打印与美国梦的重塑

2011年9月26日

生产价格成分

一个典型终端产品的售价其中有40%是由生产成本决定的。因而，对于任何从事产品制造或生产的公司而言，制造过程必须越高效越好。为了达成这一目标，公司必须不断监管运营并寻找新的方式以精简来保证产品能够在本地和全球市场竞争。3D打印如何提高产品生产效率呢？

什么是3D打印？

让我们从头说起。传统制造技术的本质是“减法型”。换言之，传统技术取一块原材料，使用切割工具削成想要的产品（就像照片反面的塑像）。

对于制成部件可移动的复杂产品而言，这一传统技术无用武之地。唯一解决之道在于首先生产成分“呆板”的部分，然后将它们组装称“智能”的整体。这一过程可以人工也可通过自动流水线完成。但这两种方法既耗时又昂贵。

    相较之下，3D打印是“加法型”的制造过程。开始没有“块状物”削减或塑形，而是从零开始：先喷射流动物质然后一层一层加固成型。这一技术的主要优势在于能够跳过流水作业，一次性生产复杂的移动的物件（就如照片反面的压折工具——可以使用Objet30桌上型三维打印机一步完成）。

    它是如何做到的呢？如果打印头在页面上前后移动，就会精确地知道在哪喷墨以及在哪跳过空白空间。打印固体物是同样的原理。无论是使用喷头还是激光甚至胶水的3D打印机能够轻易地跳过必须的最终形成移动部件的设计缺口。

3D打印的优势何在？

——不受切割工具限制

首先，切磨这样的减法型技术受切割工具限制，一些需要考虑的限制因素有切割的深度，力度以及最大额度。这些因素都对最终产品有几何的限制。

——无生产线成本

使用的机器也要纳入考虑的范围。就拿自行车链条来说。由于自行车链条部件可移动，几何学复杂，因而不能从铁块上凿刻而成。设计首先得分裂称几个部件，然后进行制造和加工。要做到这点，必须使用几部机器。

    例如，压力机是用来切割并将钢块压成不同链条的形状的。在烤箱中对钢进行淬水和抛光后，部件被放入另一部机器中组装称管道在与其他的链条成分连接起来。另一部机器在压制烧针固定链条各部分。钳子再沿线移动完成的链条部分。校正机再检查瑕疵。待装有激光工具的机器测量切割的确定点后，自动刀片精确地切割链条。最后一步：插入和固定主链条的机器将链条的一端与其另一端连接起来。

生产一辆标准的56英寸自行车链条包括57道连接工序，完整的生产线必须首先切割570部件，（114条内链，114条外链，114个滚筒，114个铆钉和114个轴衬）然后将它们组装称最后的链条。

——无需组装

现在将它与3D打印机做个比较。3D打印机无需组装就能一次性生产出整个自行车链条。问题在于我们已经长期习惯于使用“传统”方式组装产品，而不愿接受简单易行的3D打印技术。

当然，由于使用3D打印技术生产的自行车链条式以增加的形式完成的，可以说“从零开始”，整个生产过程没有传统意义上的“开始”和“结束”工序，因而也无需主链连接环的两端。（参照照片反面的自行车链条——使用Objet30桌上型三维打印机打印的——注意没有任何主链。）

看过由3D打印机完全组装而成的自行车链条的人一定会有“吃惊得说不出话”的感觉。当然，这只是展示了3D打印技术的能力。无论是使用传统制造技术还是“加法型”制造技术生产的真正的自行车链条，仍需镀锈并磨光。

3D打印的本质在于使用淬水过后的液体感光性树脂或是粉末或是连接而成的塑料，最终结果尚不能同传统技术制造的结果相提并论。但随着大型3D打印公司继续对必要材料和化学研发工作进行投资，情况正越来越佳。

未来20年，3D打印材料会更强劲，甚至比常规制造所用的很多材料还要强劲。到那时，3D打印将会真正取代传统制造过程，至少在定制或短期交货是公司附加值重要组成部分的行业成为强劲的利基竞争对手。

3D打印如何帮助降低制造成本？

传统的原型制作介于CAD和CAM之间，在产品发展过程中既费钱又费时。因此，很多高端设计公司，工程公司和制造公司使用3D打印完成产品原型制造这一工序。目的在于快速生产所需产品的精确模型，再送去进行制造。

根据一份2010年发布的“工程建造的成本减少战略：使用仿真做出更好决定”研究报告显示，70%最盈利的公司为了保证在第一轮设计中不出差错，会比其竞争对手更倾向于使用模拟方式。虽然报告中使用了“模拟”一词，3D打印为了快速成型的目的也使用了同样的方法。

    通过在公司内部使用3D打印机来再次进行产品设计，公司可以早在设计初期就更完整地分析和了解未来的产品。这些公司更有可能早发现问题以降低整个设计和制造成本，并节省了后期工程再加工的高昂费用。

当然，问题在于3D打印机必须精确地捕捉到所需终端产品的细节处的差别。在产品的外观和手感与功用一样重要的产业，原型必须竟可能与真货接近。要能在一台机器上充分将必要的精确度和材料多用性相结合，只有唯一的技术——喷头设计的多材料3D打印技术可以做到。

只有喷头设计的3D打印技术能够将柔软和刚硬的材料和不同颜色深度这样不同的材料特性混合，再将它们放置在同一个原型的不同部分（请看这张照片的轮子原型——结合了刚性的轮缘和橡皮状的轮胎使用了Objet Connex多材料3D打印机一步打印而成）。使用喷头的3D打印过程的产品的外观和手感在大多数情况下与真货难辨。

未来畅想

就全球经济的大范围以及最近西方国家传统制造业的大衰退来看，3D打印技术为未来追求更小型更灵活的生产能力掀开了帷幕。这是更集中于个人，企业家和创新者的能力，这些个人使用3D打印的创造力越过“原型制造的障碍”以更低的成本成功将他们的产品推向市场。

我们已经在如Quirky 这样的公司的商业模式上看到这场革命的种子已发芽。Quirky 公司凭借购买的3D打印机为所有拥有创新产品理念的个人提供了可以将该理念变成可使用的原型以及最终可盈利的成品的机会。

    虽然最终的制造本身仍可外包给既有的生产者或劳动力更高效的市场，理念本身以及由该理念生产出的收入可以被任何一个能够自由并创造性地思考的个人获得。至少对我而言，美国梦的复兴以及再创造的影响立即涌入脑海。