3D打印登上日本熱搜！萬(wàn)物皆可制造的3D打印能成為解決供應(yīng)鏈危機(jī)和能源轉(zhuǎn)型的突破口嗎？

（全球TMT2022年7月15日訊）“3D打印”不久前在日本成為熱門搜索詞。3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印最早出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期。

1983年3月9日，美國(guó)科學(xué)家查克·赫爾（Chuck Hull）發(fā)明了全世界第一臺(tái)3D打印機(jī)。當(dāng)時(shí)還沒有“3D打印”這個(gè)名字，赫爾將機(jī)器命名為“SLA-1”，對(duì)其的功能描述為快速成型。通過(guò)這臺(tái)機(jī)器赫爾創(chuàng)建產(chǎn)品原型所需時(shí)間大幅縮短。1986年，赫爾成立了一家名為3D Systems的公司開始在市場(chǎng)上銷售他的“快速成型”機(jī)器，這就是全球第一臺(tái)商業(yè)3D打印機(jī)。

3D打印的過(guò)程需要先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，機(jī)器首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。打印完畢后只要掃除松散的粉末即可 “刨”出模型。

3D打印常用的材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。3D打印精度很高，能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01mm，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。

3D打印常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，也有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑工程、汽車、航空航天等諸多領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

世界首輛3D“打印汽車”原型機(jī)Urbee于2013年問(wèn)世，它是由美國(guó)Jim Kor團(tuán)隊(duì)打造，是一輛以電池和汽油作為動(dòng)力燃料的三輪、雙座混合動(dòng)力車。整個(gè)車身使用3D打印技術(shù)一體成型，整車的零件打印耗時(shí)2500小時(shí)，工人需要做的只是把所有打好的零部件組裝在一起。新版本的Urbee2則只需要50個(gè)3D打印的零部件即可。雖然它的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功率只有8馬力，但汽車結(jié)構(gòu)輕盈且堅(jiān)固，體積小巧且穩(wěn)定，故最高巡航速度也可達(dá)112km/h。

2021年底，德國(guó)黑石技術(shù)有限公司（Blackstone Technology）宣布，將用3D打印技術(shù)生產(chǎn)電動(dòng)汽車的電池。該增材工藝名為“厚層技術(shù)”，通過(guò)該工藝能用3D打印技術(shù)生產(chǎn)電池電極和鋰離子電池的隔膜。黑石技術(shù)稱，該制造工藝與傳統(tǒng)生產(chǎn)的鋰離子電池相比具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：通過(guò)打印工藝意味著儲(chǔ)存電力的電池單元層更厚，因此能量密度提高了20%。電池的尺寸可以靈活調(diào)整，可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制。電池空間節(jié)省15%，材料節(jié)省20歐元/千瓦時(shí)。與此同時(shí)，生產(chǎn)中的能源消耗降低23%。此外，該流程基于環(huán)保的純水工藝，可減少50%的生產(chǎn)廢料。

2011年6月6日，全球第一款3D打印的比基尼發(fā)布，由時(shí)裝設(shè)計(jì)師瑪麗·黃與3D模型專家詹娜·費(fèi)瑟利用Rhino 3D設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)造出3D打印泳衣的“藍(lán)圖”。這款高科技比基尼泳衣名為“尼龍12”，因?yàn)槭遣捎媚猃堊鳛橹圃觳牧稀Ｍㄟ^(guò)3D打印技術(shù)制作的衣服也特別適用于私人定制、量體裁衣的生產(chǎn)模式。

3D打印房屋是2013年2月由英國(guó)倫敦Softkill Design建筑設(shè)計(jì)工作室建立的一個(gè)概念。3D打印房屋需要用尼龍搭扣或者像鈕扣一樣的扣合件起到固定作用，同時(shí)借助傳統(tǒng)建造技術(shù)。如今全球很多地方都有3D打印房屋的身影。比如，在荷蘭埃因霍溫市政府推出了“里程碑計(jì)劃”項(xiàng)目，計(jì)劃建造并組成一個(gè)由3D打印構(gòu)建的公共住宅社區(qū)。

3D打印在醫(yī)療行業(yè)更是有諸多應(yīng)用。早在2012年，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞首次用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織。2015年，首款由Aprecia制藥公司采用3D打印技術(shù)制備的SPRITAM（左乙拉西坦，levetiracetam）速溶片得到美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）上市批準(zhǔn)。2019年，以色列特拉維夫大學(xué)研究人員以病人自身的組織為原材料，3D打印出全球首顆擁有細(xì)胞、血管、心室和心房的“完整”心臟。2022年一名來(lái)自墨西哥的20歲女性成為世界第一個(gè)通過(guò)3D打印技術(shù)成功進(jìn)行耳朵移植的人。

聯(lián)泰科技UnionTech成立于2000年，是工業(yè)級(jí)非金屬3D打印領(lǐng)域的頭部企業(yè)。聯(lián)泰科技打造了一款全自動(dòng)化小批量生產(chǎn)的正畸專用3D打印機(jī)D800，不僅可以大大減少治療周期，而且可以個(gè)性化定制，全方面提升患者的滿意度和舒適度。

3D打印的技術(shù)優(yōu)劣：

3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯而易見。它不光可以縮短加工制造周期，而且能大幅降低生產(chǎn)成本，特別是突破了傳統(tǒng)加工制造方法對(duì)復(fù)雜形狀加工的限制；3D打印成品的可塑性強(qiáng)，精度高；3D打印技術(shù)的出現(xiàn)也讓個(gè)性化定制成為可能。

結(jié)合當(dāng)下供應(yīng)鏈危機(jī)和人們對(duì)綠色能源、環(huán)境保護(hù)的呼聲，我們不禁思考3D打印能否成為供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)型升級(jí)的一個(gè)方向。3D打印的優(yōu)勢(shì)可以縮短制造周期，減少海外運(yùn)輸活動(dòng)，讓供應(yīng)鏈中間環(huán)節(jié)減少，更加便捷，從而也能降低能耗。

但它也有一些缺點(diǎn)，比如，設(shè)備成本較高。高精度的3D打印機(jī)都是比較大型且昂貴的，消費(fèi)級(jí)別的3D打印機(jī)價(jià)格則從幾百元到幾百萬(wàn)元不等。當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，3D打印的經(jīng)濟(jì)效益就會(huì)下降，目前還無(wú)法勝任大規(guī)模生產(chǎn)的任務(wù)。同時(shí)，打印所需材料技術(shù)比較欠缺。

3D打印是一個(gè)利基市場(chǎng)，由少數(shù)頂級(jí)的3D打印公司主導(dǎo)著這個(gè)新興領(lǐng)域。

根據(jù)investingnews的數(shù)據(jù)，3D打印行業(yè)正在迅速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2026 年其價(jià)值將超過(guò)348 億美元。investingnews按市值計(jì)算排列了一些大型3D 打印公司。（所有數(shù)據(jù)來(lái)自2021年8月31日使用TradingView的股票篩選器。）

AutoDesk，該公司生產(chǎn)3D設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品，并為廣泛的行業(yè)提供服務(wù)，包括建筑工程、施工制造、媒體、教育和娛樂。

惠普，不是嚴(yán)格意義上的3D打印公司，但惠普將部分資源用于利用3D打印技術(shù)進(jìn)行主流制造。惠普還在廣東設(shè)有工業(yè)級(jí)3D打印中心。

3D Systems，查克·赫爾創(chuàng)建公司，自1986年以來(lái)一直提供3D打印產(chǎn)品和服務(wù)。

Desktop Metal，為工程師、設(shè)計(jì)師和制造商設(shè)計(jì)和銷售金屬3D打印系統(tǒng)。

Proto Labs，2020年該公司宣布有為航空航天業(yè)提供使用直接金屬激光燒結(jié)3D打印鈷鉻材料的能力。

Nano Dimension，增材制造電子產(chǎn)品(AME)/PE（3D打印電子產(chǎn)品）供應(yīng)商。

Stratasys，自1988年以來(lái)一直從事 3D 打印業(yè)務(wù)，主要在醫(yī)療保健、航空航天、汽車和教育市場(chǎng)開展業(yè)務(wù)。

Materialise，比利時(shí)公司，提供軟件解決方案和3D打印服務(wù)已超過(guò) 25 年。

Organovo，使用3D打印技術(shù)為醫(yī)學(xué)研究以及外科治療應(yīng)用創(chuàng)建3D功能性人體組織。

Voxeljet，工業(yè)應(yīng)用3D打印系統(tǒng)制造商。