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雖然有許多高速增長(zhǎng)和技術(shù)進(jìn)步的實(shí)例,但圍繞3D打印也出現(xiàn)了不少混淆視聽(tīng)的炒作,許多關(guān)于該技術(shù)的“神話(huà)”使公眾產(chǎn)生了一些脫離實(shí)際的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。
誤區(qū)1:3D打印是一種勞動(dòng)含量低,“按一下按鈕”產(chǎn)品就唾手可得的制造技術(shù)。
雖然3D打印制造的確經(jīng)常采用“熄燈生產(chǎn)”方式,可在無(wú)人值守情況下通宵生產(chǎn),但在實(shí)際生產(chǎn)零部件之前和之后,卻有大量的工作要做。在開(kāi)始生產(chǎn)之前,需要準(zhǔn)備相關(guān)數(shù)據(jù)(可能需要CAD專(zhuān)業(yè)知識(shí))、修改產(chǎn)品模型和優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)(大多數(shù)3D打印系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu),以支撐零件的懸垂特征和其他部位)。對(duì)于某種特定零件、成組零部件或不同的材料,可能需要對(duì)其造型參數(shù)(如層厚、溫度、成型速度和其他一些選項(xiàng))進(jìn)行調(diào)整。熱成型3D打印工藝需要在成型前對(duì)成型缸進(jìn)行加熱,成型后對(duì)其進(jìn)行冷卻,這可能需要耗時(shí)數(shù)小時(shí),對(duì)于一些大型零件和大體量造型,甚至需要耗時(shí)幾十個(gè)小時(shí)。3D打印的后處理步驟包括去除支撐材料、消除應(yīng)力和精整,這些工序可能都屬于勞動(dòng)密集型工作。
誤區(qū)2:3D打印的制造速度很快。
3D打印系統(tǒng)通過(guò)沉積、熔融、固化或?qū)訅旱确绞叫纬蛇B續(xù)的材料層,從而構(gòu)建出零部件。這些材料層的厚度通常為0.025-0.254 mm,因此往往需要數(shù)千層才能構(gòu)成整個(gè)零部件。對(duì)于大體積造型,確定范圍和固化每層材料可能都相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間。各層之間的加工周期也增加了制造時(shí)間。用造型缸加熱成型的3D打印工藝要花很多時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱和冷卻。有些3D打印加工任務(wù)需要數(shù)天時(shí)間才能完成所有必需的步驟。
誤區(qū)3:3D打印比傳統(tǒng)制造工藝更節(jié)能環(huán)保。
曾經(jīng)有許多人期望,3D打印的一次性、分散式制造方式將會(huì)提高產(chǎn)品的能效。然而,迄今為止完成的許多相關(guān)研究(主要是在歐洲)并不一定支持這一理論。與傳統(tǒng)制造工藝相比,3D打印工藝生產(chǎn)每單位質(zhì)量材料所消耗的電能更多。只有在綜合考慮了3D打印提供新的設(shè)計(jì)能力、耗材更少、可減少零部件庫(kù)存、無(wú)需傳統(tǒng)加工設(shè)備等優(yōu)勢(shì)的情況下,其總體能效水平才有所提高,尤其是與一些材料廢棄量較大的常規(guī)工藝(如數(shù)控切削加工)相比,更是如此。在航空航天工業(yè),3D打印制造能減輕產(chǎn)品重量,由此可帶來(lái)十分明確的環(huán)境效益,因?yàn)闇p輕飛行器的重量可以節(jié)省大量燃料?,F(xiàn)在我們知道,評(píng)估3D打印的環(huán)境效益是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作,它需要對(duì)一種產(chǎn)品從原材料加工到產(chǎn)品壽命結(jié)束的整個(gè)生命周期進(jìn)行分析。航空航天工業(yè)需要對(duì)3D打印的能效水平進(jìn)行徹底的全生命周期評(píng)估。
誤區(qū)4:3D打印系統(tǒng)可以生產(chǎn)任何物品。
“只要你能設(shè)計(jì)出一種產(chǎn)品,你就可以把它制造出來(lái)?!边@種說(shuō)法通常是正確的,因?yàn)榇蠖鄶?shù)3D打印工藝對(duì)零件的復(fù)雜性并不敏感,可以成功地制造出采用常規(guī)制造工藝比較困難或完全無(wú)法制造的復(fù)雜形狀。然而,3D打印工藝也有一些局限性。一是對(duì)工件的最小壁厚有一定限制;二是對(duì)平面朝下的表面必須設(shè)置支撐和固定結(jié)構(gòu),而這些結(jié)構(gòu)材料可能很難(有時(shí)甚至不可能)去除。殘留在產(chǎn)品內(nèi)部通道中的材料可能也很難或無(wú)法去除,而內(nèi)部通道的大小會(huì)影響去除不需要材料的難度。
誤區(qū)5:3D打印系統(tǒng)一次制造一個(gè)零件與同時(shí)制造多個(gè)零件的生產(chǎn)效率相同。
在同一造型空間中同時(shí)制造多個(gè)零件時(shí),不同的3D打印工藝在每件加工時(shí)間、單件成本和能源消耗上大相徑庭。3D打印同樣具有規(guī)模效益,尤其是采用粉末層疊打印工藝時(shí),可在整個(gè)造型空間中對(duì)多個(gè)零件同時(shí)逐層造型。另一個(gè)與此類(lèi)似的誤區(qū)是“制造50個(gè)各不相同的零件與制造50個(gè)一模一樣的零件生產(chǎn)效率相同”。實(shí)際上,雖然兩者在加工時(shí)間和生產(chǎn)成本上基本相同,但在制造形狀各異的零件時(shí),造型前的數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備和造型后的零件精整工作量更大,可能需要耗費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。
誤區(qū)6:3D打印機(jī)和工件材料售價(jià)很便宜。
的確,有些3D打印愛(ài)好者和DIY發(fā)燒友使用的3D打印機(jī)售價(jià)并不貴,最便宜的3D打印機(jī)(MakiBox A6 LT)標(biāo)價(jià)僅為200美元。但是,Concept Laser公司的X系列1000R金屬增材制造系統(tǒng)在歐洲的售價(jià)卻高達(dá)140萬(wàn)歐元。一般來(lái)說(shuō),工業(yè)用增材制造系統(tǒng)比數(shù)控加工中心的價(jià)格更高。此外,3D打印所用的材料也相當(dāng)昂貴,3D打印用塑料材料的價(jià)格可能是注塑成型用塑料材料價(jià)格的53-104倍。
誤區(qū)7:3D打印將會(huì)取代傳統(tǒng)制造業(yè)。
3D打印已經(jīng)使一些利基應(yīng)用(包括耳內(nèi)助聽(tīng)器、牙齒修復(fù)、骨科植入物、畸齒矯正和飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)用管道)的制造方式發(fā)生了根本性變革,并永久改變了這些行業(yè)原有的格局。然而,3D打印在短時(shí)期內(nèi)并不會(huì)取代大批量、低復(fù)雜性零件的傳統(tǒng)制造方式。一些大批量生產(chǎn)的常用物品(如注塑成型的體育場(chǎng)座椅、垃圾桶、一次性飲水杯或隨處可見(jiàn)的12盎司容量鋁制飲料容器)將繼續(xù)采用傳統(tǒng)制造方式生產(chǎn),因?yàn)榕c3D打印相比,這些生產(chǎn)方式速度更快、成本效益更好。
誤區(qū)8:利用3D打印技術(shù)可以制造槍支。
在引起媒體關(guān)注的所有3D打印話(huà)題中,最聳人聽(tīng)聞的就是圍繞3D打印槍支的大肆炒作。事實(shí)是:有人用3D打印機(jī)制造了半自動(dòng)步槍上的一些非關(guān)鍵零部件,但該槍只射擊了6次就壞了,證明3D打印的塑料槍支無(wú)法承受速射所產(chǎn)生的高熱、沖擊和彈道能量。這種槍支對(duì)使用者的危險(xiǎn)性甚至比射擊目標(biāo)更大。美國(guó)是全世界槍支擁有量最多的國(guó)家,其槍支數(shù)量約為全球總量的1/3,因此根本不存在用一種新的方式來(lái)制造槍支的市場(chǎng)需求。此外,我們都知道很多種加工槍支零部件的更好方式(如利用普通機(jī)加工車(chē)間的設(shè)備和材料)。因此,糾結(jié)于3D打印槍支問(wèn)題分散了公眾的注意力,媒體和3D打印行業(yè)應(yīng)將更多精力集中在一些更富有成效的話(huà)題上。
誤區(qū)9:每個(gè)家庭都將擁有一臺(tái)3D打印機(jī)。
這一設(shè)想將3D打印機(jī)與個(gè)人電腦進(jìn)行類(lèi)比。的確,“每個(gè)家庭都擁有一臺(tái)電腦”的設(shè)想以前也曾遭到懷疑論者的質(zhì)疑。然而,3D打印機(jī)與個(gè)人電腦并無(wú)太多可比性。在電腦問(wèn)世以前,人們寫(xiě)作、出版、與他人交流、發(fā)布信息、管理文檔、欣賞音樂(lè)、整理照片、從事會(huì)計(jì)和研究工作?,F(xiàn)在人們?nèi)匀辉谧鲞@些事,但都是在電腦的支持和幫助下。大多數(shù)人都不是產(chǎn)品設(shè)計(jì)師或發(fā)明家,因此3D打印機(jī)的推廣應(yīng)用并不會(huì)改變他們的工作和生活方式。更有可能的3D打印發(fā)展模式將是本地3D打印店,和互聯(lián)網(wǎng)打印平臺(tái)的大量涌現(xiàn),以及零件和產(chǎn)品的網(wǎng)上售賣(mài)。
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