了解快速成型技术的影响

新系列的第一篇文章，阐明增材制造对制造业、运输、包装和 STEAM 的影响。

自上世纪 80 年代发明这项技术以来，增材制造（又称3D打印）以迅猛的速度发展，从一项利基原型制造技术，到以消费者为中心的产品，再到真正具有颠覆性的工业生产方法，不断转变和扩展。

如今，增材制造已在各行各业找到了无数的应用领域，从眼镜到喷气发动机，无所不包。在这个由 UltiMaker 支持的新系列中，我们希望通过放大3D打印技术正在改变游戏规则的四个垂直领域，来介绍增材制造的深远影响： 制造、运输、包装和 STEAM。在本系列中，我们将探讨快速成型技术在各个垂直领域的应用，包括其带来的益处、相关案例研究、当前趋势和未来展望。

当今增材制造的现状

3D打印技术一直都有一定程度的炒作：2012年，该技术登上了Gartner新兴技术炒作周期的榜首；最近，增材制造行业因其在打印个人防护设备和其他COVID-19设备方面的作用而受到大量报道。尽管有这些 "炒作 "和一些早期过度膨胀的承诺（如期望每个家庭都拥有一台 3D 打印机），增材制造一直在稳步走向成熟。如今，人们比以往任何时候都更清楚 3D 打印的影响及其潜力所在。

关于 AM 的发展，特别有趣的是它遵循了几种不同的途径。该技术最早的用途之一--快速原型制造--在许多行业几乎无处不在。但该技术在其他应用领域也很受欢迎，如研究、模具和终端零件。正如我们在每个垂直领域所看到的，快速成型制造技术正在改变人们和公司制造产品的每一个步骤。

该工艺的发展和成功的基础是一些前所未有的能力，包括设计自由度、可扩展的定制化和生产灵活性。与其他任何制造技术相比，快速成型系统更适合生产具有复杂几何形状（包括晶格或内部通道）和小批量生产（包括一次性原型或定制产品）的部件，同时保持经济性。

快速成型制造还能加快生产进度，提高制造效率，这不仅仅是一种方式。一方面，快速打印、测试和重复原型的能力大大加快了设计周期。另一方面，3D 打印模具、夹具和固定装置可以改进传统的制造工作流程，使其更加高效、万无一失，同时最大限度地减少停产时间。在终端用途方面，增材制造可用于直接制造零件，而无需模具，并可小批量生产，从而缩短交付周期，降低生产成本。

聚焦垂直领域
在专门撰文重点介绍每个垂直领域之前，我们想对每个领域做一个简要概述--可以说是一个小小的预览。

制造业
在垂直制造领域，增材制造工艺被证明是不可或缺的，尤其是随着向数字化制造的转变不断深入。各行各业的制造商都在迅速认识到3D打印技术的优势，他们采用3D打印技术并不是为了取代现有工艺，而是为了补充和加强现有工艺。

3D装配夹具、夹具和逆向工程机器替换零件等应用正在帮助制造商建立更灵活的生产工作流程，并可轻松定制新的生产能力。与此同时，3D 打印工具还能加快交付周期、降低成本、提高操作员的工效和安全性，并减少制造商对外部生产合作伙伴的依赖。由于用于 3D 打印的工程级塑料材料能够承受制造环境的压力，而且成本大大低于金属材料，因此制造业中的这一应用领域才真正开始起步。

3D打印还为制造商提供了另一种将原材料转化为成品的方法。AM 的独特功能使制造商可以按需制造部件（包括备件）、具有复杂优化几何形状的高级部件以及定制产品。

交通运输
在这一重点行业中，我们将关注快速成型制造如何帮助推动不同运输方式的开发和生产，尤其是汽车行业。

目前，3D 打印技术已被汽车公司广泛采用，并以多种方式得到应用。在研发（R&D）方面，3D 打印被用于制作视觉和功能原型。汽车品牌也在利用这项技术探索新的汽车设计，包括更高效的发动机、轻量化组件以及针对人体工程学或空气动力学进行优化的结构。在装配线上，3D 打印工具和夹具正在简化工作流程。

正如我们将详细介绍的那样，快速成型技术在汽车和运输行业（如航空、航海和铁路）中的潜力是无限的。得益于快速成型制造的自由性和灵活性，该行业的许多参与者都在不断挑战极限，以提高运输系统的燃油效率、生产灵活性和运输安全性。荷兰皇家航空公司（KLM）就是一个例子：该公司将航班上使用过的水瓶转化为长丝，然后用于生产维护工具，从而促进了循环经济的发展。

 

福特汽车正在使用增材制造技术制造定制工具

包装与自动化
与其他行业相比，这一行业的宣传可能稍显不足，但快速成型制造技术对其产生的影响却十分显著。许多主要的包装供应商都采用了这项技术，以加快新包装设计的开发，缩短包装模具、工具和备件的交付周期，并提供更多的定制机会，如末端工具和夹具。

喜力等全球品牌通过3D打印包装和装配机械的备件，缩短了交货时间（最多可缩短 9 个月），降低了生产成本。其他大公司通过开发用于注塑和吹塑成型的三维打印嵌件，削减了模具成本，使包装设计更加多样化。奢侈品牌正转向利用 AM 技术定制限量版包装。而这只是冰山一角。

谈到包装，就不能不讨论环境问题。遗憾的是，包装是我们这个世界的一个重要废物来源，而可持续发展如今已成为品牌和消费者的首要任务。快速成型制造技术可用于生产由 PHA 等可回收或生物降解材料制成的更生态的包装。

 

3D 打印功能部件消除了与传统制造工艺相关的设计限制

STEAM
STEAM（科学、技术、工程、艺术、数学）是增材制造的一个重要垂直领域。在课堂上，3D打印为各年龄段的学生提供了一种动态的、引人入胜的方式来学习数字设计和制造。入门级三维建模软件和三维打印机可帮助学生练习一系列技能，包括计算机辅助设计等技术技能，以及创造力、协作和解决问题等更多通用技能。

3D 打印技术的多学科性质也使其能够很好地将 STEAM 主题介绍给更广泛的学生，包括历来被排除在 STEAM 领域之外的人群。

在高等教育和专业研究领域，快速成型制造技术在推进重要研究项目方面发挥着关键作用。新的创新和想法往往就是在这些环境中诞生的，包括 4D 打印、先进材料、生物打印等。快速成型制造为研究人员提供了玩转、探索和创造未来新产品和解决方案的工具和能力。

更多精彩，敬请期待
无论您是增材制造行业的新手，还是拥有丰富经验的专家，请务必关注本系列即将发表的文章。在下一篇文章中，我们将讨论快速成型技术对制造业的影响，以及该技术如何改变长期以来的生产模式。