3D打印：从热炒的概念到广泛应用

位于诺维市的EOS North America公司，Jeremy Conrad正在操作一台3D打印机。

2015年1月，在底特律举办的北美国际汽车展（North American International Auto Show）上，来自亚利桑那州的初创企业Local Motors现场打印了一辆汽车：打印机大小与一个单车位车库相近，其机械臂像普通打印机那样来回移动，一层接一层地叠加碳纤维增强热塑性塑料，使汽车一微米、一微米地逐渐成形。这辆名为Strati的汽车最高时速达25英里，打印耗时44个小时，在打印完成后装配了电池、电机、悬架和车轮。

这是一个工程学上的奇迹。当时，未来学家们预测，增材制造这一创新工艺可被用于制造住宅、汽车、电视等几乎所有耐用品。

但就像大多数备受瞩目的新发明一样，这股热潮已经消退。四年后，3D打印汽车距离大规模生产依旧遥遥无期。但是，随着增材制造沿着技术成熟度曲线从过高期望的峰值进入实质生产的高峰期，该行业正迎来蓬勃发展。

如今，3D打印机已经成为了制造厂中十分常见的配置——在2019年的底特律车展上，福特汽车公司表示将开始在一些车型中采用3D打印制造的零部件，包括福特野马GT500中的电动驻车制动支架、福特F-150猛禽中的辅助插头，以及Ford Focus中的杆臂维修用零部件。与此同时，该公司正将大底特律地区作为其业务发展重心之一。

EOS North America是德国企业EOS Holding GmbH的子公司，其总部位于美国诺维市，每年生产和销售约1,000台商用3D打印机，这一数字比起30年前刚起步的时期已经取得了巨大的飞跃。

“我们并非一夜成功，”EOS North America总裁Glynn Fletcher表示，“我们用了20年才卖出第一个1,000台，又用了5年才卖出第二个1,000台。现在我们已经进入了实质生产的高峰期，单年销量就能超过1,000台。”

2015年，EOS North America的销售额不到4,000万美元，而今年，Fletcher表示销售额有望突破1.5亿美元。据该公司预计，其3D打印机的全球销售额将超过4亿美元。EOS North America位于美国诺维市的总部和位于德克萨斯州奥斯汀市的分支机构总共拥有200名员工。

“我们在三年前经历了一段增长减速期；增材制造在一段时期内广受追捧，然而当其技术成熟度曲线未达到公众的过高期望时，便面临了现实的考验。”Fletcher说道，“大多数在早期应用增材制造的厂商都放弃了这一技术，但是现在，增材制造已经被主流制造商们普遍接受。利用该工艺，制造商们能够更加自由地设计产品，并且赋予产品更多的功能，而不用被制造工艺所束缚。”

3D打印是增材制造工艺较为形象的一个名称。借助这一工艺，人们可以在软件中设计发动机零件、棋子、汽车或任何其他东西，然后再用3D打印机将塑料、金属、混凝土等材料层层叠加，制造出成品。相比传统制造工艺，3D打印的优势在于可以一体成型地制造出完整的产品，而不需要由多个部件组装而成。例如，可以直接3D打印出一个油箱，而不需要金属成型工序或通过焊接工艺将油箱的两个部件组装在一起。

总部位于美国Pleasant Ridge的Fisher Unitech Inc.是一家3D打印软件供应商，同时提供打印机及相关服务。随着增材制造日益为市场所广泛接受，该公司将业务重点放在了培训工程师使用3D打印设计软件上。

该公司首席执行官Matt Wise表示，随着3D打印的成本逐渐降低，其用户已经包括了小型制造商。

“我们每年会对大约2,000名工程师进行3D软件的培训，”Wise表示，“培训结束后，这些工程师会研究如何将3D打印应用到其实际工作中。我们致力于帮助中小型企业提升效率，从而与大型企业竞争。”

Wise表示，公司预计将在未来几年内开始销售3D打印设备。

“制造商们已经越来越多地将3D打印技术应用于生产最终产品。”Wise表示，“厂商们正逐渐习惯用3D打印生产一次性零件或原型，并且如今正在寻求扩大3D打印生产规模的方式。”

Fisher Unitech拥有大约170名员工，今年收入预计将超过8,000万美元。其软件套装售价在3,000美元到10万美元之间。

波音、霍尼韦尔和联合技术公司（United Technologies Corp.）等航空航天企业一直是3D打印的主要客户群体。汽车厂商每年要生产上千万个零部件，而飞机和火箭的产量则相对低很多，因此不太会被3D打印速度较慢所困扰。

Fletcher表示，现代太空项目无需再遵守载人航天时期所要求的协议和程序，这切实推动了3D打印需求的增长。

“不同于先前的载人航天器，无人航天器的设计不需要被各种认证和资格束缚。”Fletcher说道，“近来，不论是NASA喷气推进实验室，还是SpaceX公司，都非常重视增材制造技术的应用。”

位于科罗拉多州科林斯堡市的增材制造咨询公司Wohlers Associates Inc的副工程师Ray Huff指出，汽车制造商对增材制造工艺的应用比预期要慢，因为彻底改变制造工艺的成本很高。

“汽车行业在多年前就已经开始采用增材制造工艺，主要用于制造原型和一些模具，不过这项技术经历了几年的时间才慢慢成熟。在将增材制造技术用于制造零部件之前，他们将需要一段考察期。”Huff表示，“对于通用汽车或克莱斯勒这样的车企来说，增材制造技术必须具有商业价值。这些企业正在研究增材制造技术在哪些领域具有成本效益，从而确定如何应用该技术。”

例如，EOS最高端的设备可能价格高达200万美元。

尽管如此，增材制造业仍有望实现飞跃式增长。根据Wohlers公司的2019年报告显示，该行业产值在2017年至2018年间增长了33.5％，达到近100亿美元。

Reports and Data在今年3月公布的报告指出，到2027年，全球增材制造业产值预计将达到近400亿美元。

聚合物、铸造和传统机械加工等几大制造业支柱的总计年收入接近4,000亿美元，而增材制造业将有望颠覆上述行业，Fletcher认为增材制造业将在这些市场中挤占20%的份额。这给EOS等3D打印企业带来了巨大的增长空间。

“我看不出有任何减速的迹象，”Fletcher表示，“我们有望增长10倍，而不是10％。从某种程度上来说，我们在增材制造行业中属于领先的那一批，但我们依然在进行产能升级以扩大规模。”

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