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　　基于3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)可以對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)控制以獲得最佳效果。例如，用晶格或蜂窩狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)取代一個(gè)整塊，可以在減輕產(chǎn)品重量的同時(shí)又不犧牲強(qiáng)度。

　　此外，研究人員正在研究一系列技術(shù)來(lái)控制打印件的性能，甚至能對(duì)金屬的微觀晶體結(jié)構(gòu)精細(xì)控制，這將在本質(zhì)上改變材料的底層原子和分子排列。例如，傳統(tǒng)的金屬鑄鍛技術(shù)(即受壓成型)需要金屬?gòu)耐庵羶?nèi)冷卻，而金屬3D打印采用快速凝固，從而導(dǎo)致更均勻的微觀結(jié)構(gòu)。因此，工程師可以控制成品的強(qiáng)度、硬度、彈性、靈活性和耐壓力。

　　就某些材料而言，3D打印不只是較好的選擇，更是理想的生產(chǎn)方式。鈦就是一個(gè)例子──重量輕、強(qiáng)度(密度)比鋼強(qiáng)、比不銹鋼更耐腐蝕。事實(shí)上，在許多應(yīng)用場(chǎng)合，鈦都是近乎完美的金屬選擇。然而，除了成本較高外，鈦的主要缺點(diǎn)是：在切割過(guò)程中容易硬化，這導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重;在焊接過(guò)程中，又容易受到污染，這導(dǎo)致焊接點(diǎn)容易脫落。而3D打印技術(shù)卻可以很好地對(duì)鈦進(jìn)行駕馭──因?yàn)榇藭r(shí)的鈦已成為了一堆很細(xì)的粉末，只需不斷地添加燒結(jié)即可，不存在任何加工問(wèn)題，既不需要切割也不需要焊接。

　　成本優(yōu)勢(shì)

　　以前你要找個(gè)工廠，讓它為你生產(chǎn)一把你自己設(shè)計(jì)的錘子，首先你至少要為此支付5~10萬(wàn)元的開(kāi)模費(fèi)用。如果產(chǎn)量低于一百，則單件的價(jià)格高達(dá)幾百元。因此，如果僅做一把或幾把錘子，成本將是無(wú)比高昂的。但是，對(duì)3D打印機(jī)而言，無(wú)論是生產(chǎn)一件產(chǎn)品還是一千件產(chǎn)品，設(shè)備成本都是一樣的。

　　此外，3D打印和傳統(tǒng)制造業(yè)的另一個(gè)區(qū)別在于產(chǎn)品的形成過(guò)程。傳統(tǒng)制造過(guò)程通常使用消減的做法，包括研磨、鍛造、彎曲、成型、切割、銑削、焊接、黏接、裝配等。整個(gè)過(guò)程中會(huì)浪費(fèi)很多原材料，同時(shí)在金屬加熱和再加熱的過(guò)程中產(chǎn)生大量的能源消耗。

　　與此相反，3D打印技術(shù)在小批量打印方面已經(jīng)表現(xiàn)出了顯著的價(jià)值。首先無(wú)須采購(gòu)各式各樣的機(jī)床，如車(chē)床、銑床、磨床等，這就省去了一大筆設(shè)備采購(gòu)、維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，因?yàn)槭怯锌刂频匾粚訉犹砑硬牧?，加工廢料也大大減少，可以留下90%的原材料。以國(guó)外某個(gè)制造廠為例，通過(guò)使用3D打印(采用熔融沉積成型方法，即FDM)定制注塑模型的某個(gè)特別部件，制造成本由10 000美元降至600美元，生產(chǎn)時(shí)間從4周減少到24小時(shí)，且重量減輕了70%~90%。

　　更重要的是，3D打印技術(shù)在樣件設(shè)計(jì)制造上優(yōu)勢(shì)明顯，省去模具制造的過(guò)程，在提升研發(fā)速度的同時(shí)，降低了研發(fā)失敗的成本。當(dāng)然，3D打印技術(shù)也可作為大規(guī)模生產(chǎn)的輔助工具，比如模具和其他工具的制造，用傳統(tǒng)加工方法一般需要為大規(guī)模生產(chǎn)的輔助工具，比如模具和其他工具的制造，用傳統(tǒng)加工方法一般需要花費(fèi)一個(gè)月的時(shí)間，而使用3D打印在48小時(shí)內(nèi)就可以完成。

　　在產(chǎn)品直接制造方面，比如使用3D打印實(shí)現(xiàn)多層電路一次成型的整合制造，可具有明顯的速度優(yōu)勢(shì)。

　　更重要的是，3D打印具有“即需即印”的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)顧客下單后，定位一個(gè)距離顧客物理位置最近的云制造節(jié)點(diǎn)開(kāi)始制造，然后迅速送貨上門(mén)，這樣省去了產(chǎn)品庫(kù)存、物流的成本。

　　3D打印的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　前面介紹了3D打印的諸多優(yōu)點(diǎn)，正是這些優(yōu)點(diǎn)才點(diǎn)燃了全球第三次工業(yè)革命的導(dǎo)火索。然而，3D打印的應(yīng)用剛剛開(kāi)始全面普及，肯定也存有很多不完善的地方，比如制造精度相對(duì)較低、制造簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)部件的速度較慢等。

　　3D打印需要依托多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，至少包括信息技術(shù)、精密機(jī)械和材料科學(xué)三大技術(shù)。通過(guò)與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段結(jié)合，在航空航天、汽車(chē)摩托車(chē)、家電、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，在工程和教學(xué)研究等應(yīng)用領(lǐng)域也占有獨(dú)特地位。具體應(yīng)用領(lǐng)域至少包括以下幾個(gè)。

　　生物醫(yī)療：用于制作人造骨骼、牙齒、助聽(tīng)器、假肢等。航空航天、國(guó)防軍工：用于直接制造復(fù)雜形狀、微細(xì)尺寸、特殊性能的零部件。消費(fèi)品：珠寶、服飾、鞋類(lèi)、玩具、創(chuàng)意DIY作品的設(shè)計(jì)和制造。文化創(chuàng)意和數(shù)碼娛樂(lè)：通過(guò)設(shè)計(jì)形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊的作品來(lái)進(jìn)行藝術(shù)表達(dá)。3D打印的小提琴已接近手工藝的水平。工業(yè)制造：用于產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、原型制作、產(chǎn)品評(píng)審、功能驗(yàn)證;制作模具原型、直接打印模具，甚至直接打印產(chǎn)品。3D打印的小型無(wú)人飛機(jī)、小型汽車(chē)等概念產(chǎn)品已問(wèn)世。3D打印的家用器具模型，也被用于企業(yè)的宣傳、營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)中。建筑工程：建筑模型風(fēng)動(dòng)實(shí)驗(yàn)和效果展示、建筑工程的施工模擬。教育：打印模型來(lái)驗(yàn)證科學(xué)假設(shè)，用于不同學(xué)科的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)。在北美的一些中學(xué)、普通高校和軍事院校，3D打印已經(jīng)被用于教學(xué)和科研。

　　新產(chǎn)品的原型制造是目前3D打印最主要的商業(yè)應(yīng)用，約占70%的3D打印市場(chǎng)。原型使設(shè)計(jì)師(和他們的客戶(hù))可以在設(shè)計(jì)階段早期觸摸和測(cè)試設(shè)計(jì)理念或功能實(shí)現(xiàn)，從而避免了后續(xù)變更造成的昂貴代價(jià)，為新產(chǎn)品上市節(jié)省了大量的時(shí)間和金錢(qián)。以赤石(Akaishi)──日本的一家保健鞋和按摩設(shè)備制造商為例。該公司發(fā)現(xiàn)，通過(guò)3D打印原型，新產(chǎn)品從訂貨至交貨的時(shí)間縮短了90%，并且使設(shè)計(jì)師在產(chǎn)品上市前就對(duì)功能有100%的信心。原型還有利于實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新，例如，使用3D打印技術(shù)，貝爾直升機(jī)公司可以在數(shù)天內(nèi)完成新設(shè)計(jì)的測(cè)試，而使用傳統(tǒng)方式需要花上數(shù)周。

　　在某些行業(yè)中，3D打印已經(jīng)從原型制造發(fā)展為直接零件生產(chǎn)，也稱(chēng)為直接數(shù)字化制造。EOIR技術(shù)公司是一家領(lǐng)先的防御系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)公司，使用3D打印機(jī)制造堅(jiān)固耐用的坦克外置設(shè)備。自從引入3D打印技術(shù)后，該公司的制造成本從原制造堅(jiān)固耐用的坦克外置設(shè)備。自從引入3D打印技術(shù)后，該公司的制造成本從原來(lái)的單件10萬(wàn)美元以上，下降到如今的40000美元以下。再例如，在航空航天領(lǐng)域，空中客車(chē)通過(guò)3D打印來(lái)制造金屬機(jī)翼支架，由于3D打印可以毫不費(fèi)力地制造內(nèi)部任意復(fù)雜中空的形狀，使得部件重量較輕，飛機(jī)的重量也隨之減輕，從而節(jié)省了燃料。