增材制造現已廣泛用于最終用途零件的生產(chǎn)，這一趨勢得到了Sculpteo市場(chǎng)調查的證實(shí)，有50％以上的公司使用3D打印技術(shù)進(jìn)行最終零部件的生產(chǎn)而非僅用來(lái)制作原型。但3D打印通常不是批量生產(chǎn)的首選方法，因為傳統手段在交貨周期和生產(chǎn)成本方面更具競爭力。然而，如今越來(lái)越多的制造商正在考慮通過(guò)增材制造進(jìn)行批量生產(chǎn)。3D打印如何以工業(yè)級的體量制造相同的標準化零件？本期，我們展示5個(gè)3D打印批量化生產(chǎn)的案例。

1. 阿迪達斯和Carbon大批量生產(chǎn)運動(dòng)鞋鞋底

2017年4月，阿迪達斯宣布與Carbon達成重要合作伙伴關(guān)系，雙方共同生產(chǎn)10萬(wàn)雙具有3D打印鞋底的Future Craft 4D運動(dòng)鞋。通過(guò)使用Carbon的數字光合成技術(shù)，阿迪達斯能夠在19分鐘內打印出具有網(wǎng)格結構的鞋底。3D打印的網(wǎng)格結構鞋底能夠減輕鞋子的總重量并能提供更好的緩沖性和穩定性，從而能夠更好的響應每個(gè)運動(dòng)員的運動(dòng)。

圖1：Carbon 3D打印技術(shù)可19分鐘制造一只運動(dòng)鞋鞋底

數字光合成技術(shù)的生產(chǎn)速度要比采用光固化成型快100倍，這是實(shí)現工業(yè)化大批量生產(chǎn)的一個(gè)重要前提。然而，2018年的3D打印跑鞋全球限量只有十萬(wàn)雙，主要是盡管速度快但大規模生產(chǎn)的產(chǎn)能也需要一段時(shí)間來(lái)建設。而在2019年，阿迪達斯和Carbon年產(chǎn)量百萬(wàn)雙的目標就已經(jīng)達成，而且每一季都會(huì )推出新產(chǎn)品，價(jià)格也在不斷地親民化。

圖2：Adidas 3D打印運動(dòng)鞋

據國外調查機構SmarTech Publishing 2019年的報告，鞋類(lèi)3D打印將在未來(lái)10年內達到63億美元的市場(chǎng)規模，阿迪達斯、耐克、安德瑪、New Balance和銳步已成為該領(lǐng)域的佼佼者。近年來(lái)，國內匹克、李寧等品牌也已在該領(lǐng)域發(fā)力；同時(shí)，國內也有對標Carbon技術(shù)的公司，如清鋒時(shí)代和塑成科技，兩家公司在成型材料和打印技術(shù)方面都較為領(lǐng)先。

2. 3D打印透明牙套

美國Align Technology公司專(zhuān)注于使用3D打印正畸解決方案，尤其以開(kāi)發(fā)個(gè)性化的隱適美矯治器而聞名。它使用3D Systems的SLA打印機來(lái)制作患者不同矯正階段的矯正器牙模，然后以此為模具，通過(guò)熱塑成型制作出透明的矯正器。目前，隱適美已成為將個(gè)性化、批量生產(chǎn)和3D打印相結合的完美典范，其每天可生產(chǎn)超過(guò)32萬(wàn)副以上的矯治器，全球治療的客戶(hù)超過(guò)900萬(wàn)人。

圖3：隱適美3D打印透明牙套

3D打印帶來(lái)的設計靈活性幫助降低了制作過(guò)程中的風(fēng)險。為了避免混淆，每個(gè)矯治器都有一個(gè)獨特的病人ID，通過(guò)CAD文件添加到矯治器的設計中，直接通過(guò)3D打印技術(shù)制作出來(lái)。這個(gè)唯一的標識符不會(huì )泄露任何病人的信息，但允許制造技術(shù)人員追蹤和管理每個(gè)病人的矯治器的生產(chǎn)和運輸。

圖4：每個(gè)病人需要十幾到幾十副隱形牙套

目前，醫療、牙科領(lǐng)域已成為3D打印技術(shù)發(fā)展的重要推動(dòng)力量。醫療產(chǎn)品對個(gè)性化定制的需求，為3D打印技術(shù)提供了很好的應用基礎。美國Align Technology公司的隱形矯正器，是全球應用最廣的品牌。近年來(lái)在國內，時(shí)代天使、上海正雅齒科、西安恒惠也推出了自主研發(fā)的隱形矯正器解決方案，在該領(lǐng)域都有著(zhù)較強的實(shí)力。醫療領(lǐng)域除了3D打印矯治器的批量化制造外，還有髖臼杯、牙冠等等。

3. GE增材和賽峰集團燃油噴嘴

GE增材與賽峰公司合作，自2015年開(kāi)始使用增材制造技術(shù)批量生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機燃油噴嘴。憑借40多臺3D打印機，GE奧本工廠(chǎng)在2017年交付了8000個(gè)燃油噴嘴；到2018年底，這一數據已經(jīng)超過(guò)3.3萬(wàn)個(gè)；而到2019，該工廠(chǎng)每周可生產(chǎn)800個(gè)噴嘴，這在當前增材制造的行業(yè)現狀下已經(jīng)屬于完全工業(yè)化的大批量制造，且其產(chǎn)量還在繼續增長(cháng)。截止到去年11月，新燃油噴嘴的生產(chǎn)數量超過(guò)了6萬(wàn)個(gè)。

圖5：3D打印的leap燃油噴嘴

在這個(gè)只有核桃般大小的結構中（噴嘴頭），包含了14條精密的流體通道，采用此前的工藝需要將20個(gè)部件焊接在一起。而3D打印則實(shí)現了該結構的一體化制造，從而將噴嘴的重量比減輕了25%，耐用度提高了5倍?；诖?，GE將零件的庫存減少了95%，并將組件的制造成本降低了30%。對于GE而言，這是3D打印加快生產(chǎn)、降低成本和縮短交貨時(shí)間的最知名案例之一。

圖6：國內設備商打印的航空燃油噴嘴

近年來(lái)，國內中科院、西工大、南科大、中國航發(fā)等單位針對燃油噴嘴的組合設計和增材制造研究也取得了很大進(jìn)展。這些進(jìn)步不僅包括結構設計方法和制造工藝，還涉及拋光等后處理方案以及可靠性驗證研究。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計和SLM成形的噴嘴殼體簡(jiǎn)化了裝配和焊接等加工工序，縮短了制造周期，流道成形精度高，達到了減輕重量和改善性能的目的。

4. 香奈兒：3D打印的睫毛膏刷已突破1700萬(wàn)

相比運動(dòng)鞋和發(fā)動(dòng)機噴嘴，睫毛刷這個(gè)應用似乎不值一提，但具體到一個(gè)公司的一件重要產(chǎn)品來(lái)講，它的價(jià)值卻是巨大的，何況它又是女性產(chǎn)品。

3D打印睫毛刷的專(zhuān)利是由香奈兒于2007年首次提出的，經(jīng)過(guò)差不多10年的研發(fā)，才正式進(jìn)入大規模生產(chǎn)。2017年，香奈兒的睫毛刷生產(chǎn)線(xiàn)有六臺3D打印機，每天可生產(chǎn)50000支刷子，這相當于每周打印25萬(wàn)支刷子，每月總數可高達100萬(wàn)支。而到如今，該生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)有15臺打印機，并且可以7*24小時(shí)不停歇運轉，其3D打印的睫毛刷數量已達到1700萬(wàn)個(gè)。

圖7：采用激光燒結工藝3D打印的睫毛膏刷

香奈兒睫毛刷采用激光燒結3D打印工藝，材料為尼龍。據研發(fā)團隊介紹，在模型制作的時(shí)候，3D打印可以使設計師繞開(kāi)昂貴且耗時(shí)的傳統模具制造過(guò)程，還可以通過(guò)對100多個(gè)原型進(jìn)行微調，極具經(jīng)濟高效的特點(diǎn)，而最終定型的睫毛刷結構使用常規手段則無(wú)法制造。繼第一款產(chǎn)品VolumeRévolution之后，香奈兒決定進(jìn)一步發(fā)展，推出了EYE，這是一種新的3D打印睫毛刷系列，其中包括10個(gè)專(zhuān)用筆刷。

圖8：香奈兒3D打印睫毛刷系列產(chǎn)品

其他：3D打印防疫用品

雖然歐美疫情持續不見(jiàn)好轉，但3D打印還是在抗疫方面發(fā)揮了巨大作用，已有多家3D打印公司將本公司的技術(shù)用于用于醫療領(lǐng)域。Carbon每周生產(chǎn)的鼻咽拭子和防護面罩分別超過(guò)100萬(wàn)支和18000個(gè)；Formlabs則使用250多臺內部3D打印機，每天生產(chǎn)多達15萬(wàn)支檢測拭子，Markforged的生產(chǎn)規模也擴大到了每天10萬(wàn)只。英國的Photocentric公司則采用光固化技術(shù)進(jìn)行呼吸器兼容閥門(mén)的打印，每周的生產(chǎn)量達到4萬(wàn)個(gè)。這些例子說(shuō)明在緊急情況下3D打印可以快速反應。

圖9：Formlabs每天生產(chǎn)多達15萬(wàn)支檢測拭子

有人說(shuō)3D打印批量化生產(chǎn)是一個(gè)偽命題，這項技術(shù)只適合于做個(gè)性化產(chǎn)品。但從上述的這些案例卻可以得出結論，對于特定的、只能由3D打印制造的產(chǎn)品，可以實(shí)現批量化制造；即便個(gè)性化的產(chǎn)品，如牙齒矯治器、髖關(guān)節等，也同樣具備批量化生產(chǎn)的場(chǎng)景。

3D打印的批量化生產(chǎn)，離不開(kāi)可以支持這一趨勢實(shí)現的設備。如今，無(wú)論金屬還是塑料，都在無(wú)論是尺寸還是速度亦或是具體工藝方面打破3D打印速度慢、成本高的弊端，其目的之一便是力圖破解3D打印的批量化制造難題，而以后基于該技術(shù)批量化制造的案例也會(huì )越來(lái)越多。