3D列印到底是一個什麼樣的技術?未來會對我們的生活帶來那些改變?

電視里看到了對3D列印技術未來的展望,但沒明白這到底是個什麼樣的技術,傳統製造業會被取代嗎?給我們生活會帶來什麼改變?


反對@Qiu Mohyee的答案。一言以蔽之,3D列印與傳統減材製造各有所長,以傳統工藝的衡量標準來否定增材製造就太片面了。

第一段話句句都要反駁,大部分陳述都以偏概全。第二段結論無邏輯。

「這是一個已經被商用了30年的技術」,

僅僅塑料列印被商用了將近30年而已。金屬列印,生物列印的發展時間還很短,全球3D列印的商用市場每年成長為兩位數。而目前幾大金屬3D列印商比如3D systems, SLM Solutions, EOS等等近期也在金屬列印方面有了很多突破。比如Voxeljet V4000也已經可以製造4 x 2 x 1米的部件(諸如split core and finished impeller)。28年前,人們還不能利用增材製造(3D列印技術)來製造金屬部件,如今,我們已經可以製造出若干立方米體積的金屬部件,再給20-30年的世界,體積和精度還將會不斷改進。而且很大程度上,3D列印的實用程度遠遠超過了其商業用途。在醫院利用X光或超聲波掃描,然後第一時間利用3D印表機製造出患者內部的血管、器官模型,給手術醫生在術前練刀的案例已經多次發生在了諸多醫院。因此,3D列印更多地成為了快速製造高精度模型的一種途徑,並且該功能無法被傳統工藝取代。舉一個實例吧,在2001年,一對連體嬰兒出生於Guatemala,根據X光掃描結果,兩個嬰兒的大腦是獨立的但是嬰兒的顱骨以及供血系統卻是一體的。因此手術中沒有腦組織會受到影響但是所有的大腦中的血管和腦部結構需要依靠手術來將連體嬰兒分開。根據以往經驗,該手術的成功率極低因為一旦主刀醫生出現一絲操作失誤就可能導致嬰兒失血過多或其他等原因死亡。因此到時醫院立即做了CT掃描後,利用3D印表機將兩個女孩的顱內結構列印出來,其精度到達了每一個主血管都被列印了出來。隨後主刀醫生利用大量的列印模型進行練手,最後手術進行了22個小時;根據後來總結,倘若醫生在手術前沒有藉助3D列印的模型進行練手以及規劃手術,手術可能會長達97個小時,由此可見3D列印在醫學中尤其是手術術前準備的重要性以及無可替代性。

「這是一個因為精確度不高價格又昂貴而被擱置了30年的技術」

精度和CNC相比確實還有差距。但目前精度仍在不斷提高中。塑料列印確實走到了瓶頸但金屬列印的空間肯定還沒飽和。塑料列印一般只用作模型製造,而投入使用的還是金屬列印製品。金屬列印的精度速度仍在不斷提高。價格方面,實驗室里做的航空部件,同樣一個部件用3D列印做的話材料成本和時間成本都比傳統工藝低。同時,比如DST Control公司利用3D列印技術製作器無人機攝像頭的硬體,節省了66%的成本以及減少了七周的生產時間。

「這是一個從2013年起被熱炒的不成熟技術。」

該技術從2013年被熱炒的重大原因之一就是其在生物醫藥和航空航天等新領域的應用。和已經被玩爛以及大眾人眼中的塑料列印沒什麼關係。論成熟度,在短短30年間,3D列印從只能在車廠里進行試驗到走入大眾生活,已經產生了蛻變。而實際上金屬列印、塑料列印、生物列印在本質上並沒有太多聯繫。2013年,Morgan Stanley的blue paper中指出,"3D printing is opening up an age of personalized medical solutions." 隨後該報告詳細地介紹了Morgan Stanley在整形外科,牙齒醫學,矯正齲齒,聽力問題,輻射治療等多個領域應用3D列印的細節。更多介紹可見Morgan Stanley

「這是一個外行覺得老牛逼內行覺得沒前途的技術。」

作為增材製造實驗室的實習生我覺得每次接觸課題或者看一些工業領域的成果都是毀三觀的過程。這東西也能做出來?這東西還能這樣做?!關於前途問題,不同人有不同看法吧。反正目前NASA積極推動3D列印科研,其中還有NASA的員工為了深造3D列印技術專門跑來新加坡向我導師拜師的(雖然我不理解他為什麼不去MIT)。美國海陸空三軍都將3D列印作為解決軍隊戰場供給的重要途徑之一。國內為了J-15和大飛機,北航等高校也是豁了命的在做。所以在未來幾十年3D列印有沒有前途,我覺得很大程度上將會取決於近幾年各個國家的一些核心的3D列印項目的進展如何。比如最近NASA剛剛送了部3D印表機進太空,它對於空間站的幫助大小將會影響NASA以後對於發展3D列印技術的投入。

「鑒於這三十年來這一技術的出現除了裝#並沒有對世界產生革命性的影響,預計下一個三十年也不會。」

在前三十年,3D列印在全球成立了較為成熟的學術圈和產業圈。行業形勢也形成了有3D systems, Stratasys主導,以及若干歐洲公司群雄競爭的局勢。在未來三十年,根據目前趨勢,圈子只可能越來越大,科研力量會越來越多。

3D列印的定位就是彌補傳統工藝難製造甚至製造不出來的東西。所以談論其革命性沒什麼意義。因為它不會革舊。但是它的創新性無法磨滅。相對於forging,casting,welding這些已經發展了幾百年甚至幾千年的技術,增材製造、3D列印技術就好比是剛出生的小孩,而剛出生的小孩怎麼可能立刻打得過已經經歷了數千年風風雨雨的戰士呢?但是,當增材製造領域的科研進展達到了一定高度,製作出來的產品經過實踐證實和案例積累後,其對世界的影響便可以評估了。

個人認為根據對目前全球金屬列印和生物列印的發展速度,不出三十年,一定會有重大突破問世。

關於3D列印:

什麼是3D列印技術? - 呂朕的回答

https://www.zhihu.com/question/26472893/answer/33021244

關於3D列印的實際應用:

汽車行業:如果 3D 列印被大範圍採用,對汽車行業的製造和物流有哪些影響? - 呂朕的回答

建築土木行業:如何評價上海建築商用 3D 列印技術 24 小時列印 10 棟房屋? - 呂朕的回答

太空技術:從理論上分析,3D 印表機在太空工作時會遇到哪些問題? - 呂朕的回答


3D列印技術最初是一種堆料技術,不過現在已有新的發展了。

3D列印其實類似於激光印表機,傳統的激光印表機是通過在紙張上噴一層石墨,然後通過激光過一下來工作的。3D列印也類似,只不過用的原料多種多樣,有粉末冶金,有塑料等。工作原理是把一個立體實物通過軟體精確造型後,把這個模型進行切割分層,相當於一個蛋糕,拿一把刀水平方向一層一層削下去,分成很多層,得到每一層數據,然後輸入到設備上,設備列印時根據每一層的數據和坐標進行定位並進行精確鋪料,然後進行激光燒結固定。就這樣一層一層地堆起來,就相當於想要用一張張的紙得到一本書,需要一張一張先沾好再進行總體沾粘一樣。通過這樣一層層堆起來最終得到一個立體實物。

其實3D列印很早就產生了,只是這個技術遇到了智能化、個性定製化、自動化和效率化這個產業轉型風口突然就熱了起來。

3D列印技術現在還不成熟,但是應用也已經比較多了,但還達不到能顛覆現有製造模式的程度。應用最多的有手板模型行業還有一些塑料行業。但我覺得最可能先被顛覆的行業是塑料行業,尤其是玩具、外殼、模型等行業。

3D列印技術目前有兩個難點需要全世界的科研人員去攻破,一是3D列印設備的精度和規模,二是材料技術,三是列印速度。目前制約3D列印技術普遍應用的也是這三個因素。3D列印技術解決的是效率和生產便捷度,但3D列印技術目前的精度還是比較粗糙的,列印出來的實物先不說尺寸精度,就表面粗糙度而言就不是很好,列印出來往往還需要表面拋光等處理,而且尺寸精度還不是很高。再者,最難的應該是材料技術,3D印表機作為一種純生產平台理論上是可以適用於任何列印材料的,但是一樣東西並不是做出來就好了,需要兼具好的材料物理和化學性能,這個要求是非常高的。這涉及到材料本身的研究和材料加工技術的研究。例如,可以列印金屬和塑料,但列印出來的材料性能需要比鑄造和機加工要好或者相似才行。現在的3D列印技術列印東西比較慢。

但目前3D列印技術不管在國內國外都非常重視,研究的進度也越來越快。現在國外在3D列印技術的基礎上已經研究出一種新的列印技術,那就是先將材料弄成熔融狀態,然後印表機機頭通過分子的特性進行吸引,從熔融的液體材料中直接拉起成型一個物體,就像用手拉起一個東西一樣簡單。目前3D列印技術研究在國內國外都在如火如荼地進行,也已經在某些方面取得一些進展,據說我國某新型戰鬥機的雷達罩就是列印出來的,但效率和性能不得而知。現在逐步有一些醫院用3D列印技術來治療骨折,連體,心血管等病,這在醫療行業的實際應有已經有諸多案例。

3D列印一個很明顯的優點就是可以掃描造型,構建整體架構,哪裡不足可以補足哪裡。

相信不久的將來,3D列印技術或者由其衍生出來的新技術就可以顛覆現有的製造業生產模式,因為當一件事情大部分人都相信它能的時候,最終一定能,人要保持敬畏之心。


這是一個已經被商用了30年的技術,這是一個因為精確度不高價格又昂貴而被擱置了30年的技術,這是一個從2013年起被熱炒的不成熟技術。這是一個外行覺得老牛逼內行覺得沒前途的技術。

鑒於這三十年來這一技術的出現除了裝#並沒有對世界產生革命性的影響,預計下一個三十年也不會。


簡單說下自己理解的內容

這包含一個製造業的問題。

許多工件的製造現在是使用模具和機床的生產方式。並以此產生龐大的產業鏈條。

列印模式如果不再依賴模具和機床, 可能會顛覆現有的產業鏈條,點滴積累的技術將被荒廢,天價的生產設備的價值將會逐步被淘汰,寶貴的產業工人將會逐步流失。沒有包袱的後起之秀可以輕鬆的超越並取代現有的產業,就像中國曾經藉助數碼機床的普及衝擊老牌的製造業大國那樣。


之前三十年沒有大發展不等於後三十年也沒發展。

互聯網1968年開始也用了三十多年才開始民用和普及。

全看社會資源的投入水平。


3D列印對生活產生多大的影響取決於我們如何認識其他的一些辭彙,包括碎片化、長尾效應等。

人們覺得以後人們的需求會更加個性化,而個性化又是和大規模工業生產相違背的,所以如果要有針對性地適應人們的個性化需求,就一定要開發低成本的一對一服務模型。

而製造業並不存在先天的條件去實現一對一。模具設計出來就不能隨便變動,手工切割確實能提供自由度但又大幅增加成本。

聯繫一下活字印刷術給印刷行業帶來的革命性發展,就能預想3D列印對製造業可能產生的推動了。


燕子吐口水做成了燕窩。

人類造了個機器不停的吐口水,就是3D印表機。


3D列印簡單的說,就是一個噴口(或多個噴口)根據程序預設的圖紙建模,噴注指定的材料慢慢把一個立體建築或者模型噴注出來。優點是可以不顧及空間布局從底噴注出來。

缺點是,這貨現在只能澆築一些精細度不高的,不需要太高抗壓能力和抗塑變能力的東西。

對於精細度要求極高,材料要求極高的材料成型還是傳統工藝更勝一籌。

目前3D列印用於特殊訂製需求的東西。而大規模批量生產的東西用3D列印性價比不高,不如傳統工業。所以傳統工業不會被取代的。


航空航天

宇航工程師通過3D列印技術實現原型製作、加工和部件製造。高性能熱塑塑料3D印表機,可製造夾具、固定裝置、檢測計和最終用途飛行器部件。航空航天工業早已將 FDM 用於概念模型製作和原型製作。

汽車 3D 列印

原型製作是製造卓越汽車的強大推動力,國外的汽車巨頭都發現 3D 列印是加速汽車設計和製造的最佳方式。

商業產品的3D快速成型

企業的設計師和工程師能夠跳過昂貴、耗時的機加工過程,使用3D印表機列印概念模型、原型、加工和最終用途部件。

牙科

通過結合使用口腔3D掃描、CAD/CAM 設計和 3D列印,牙科實驗室可以準確、快速的生產牙冠、齒橋、石模型和一系列的矯治器。

教育行業

3D列印可以激活學生們無限的創造力,幫助他們在現實世界中了解、保留並測試自己的創意。

醫療器械成型

在醫療這個創新就是生命的領域,3D列印大幅度提升醫生、研究人員和醫療設備製造商的工作效率,他們能夠快速而徹底地進行測試,並且定製自己的計劃。

國防 3D 列印

如果定製裝備至關重要,並且截止時間無法更改,則 3D 列印使政府、軍隊和國防製造商可以隨意設計單個最終零件、快速創建小體積加工工具,或者構建複雜且精確的原型。

詳細參看:http://www.maiyaquan.com/t/3dda-yin-ji-de-yong-tu-neng-gou-shi-xian-na-xie-gong-neng/64


讓我用科幻小說的方式來描述這個技術。

傳統的製造技術,首先需要塊狀的材料,然後根據需要對材料進行切割,拼接。

3d列印技術,將原材料以特殊形式儲存,按照產品的模樣,用逐層掃描的方式直接列印出成品,而這一切,只需要我們編個程就能做到。

但目前的技術還很粗糙,無論是精度還是可列印材料的種類,都還很有限。未來的3d列印,精度應該繼續提高,可列印的材料越來越多,可列印的成品種類豐富。

這裡面有一個跨越點。設想一下,如果我們的列印精度能達到原子等級,那麼我們可以設置很多個墨盒,每個墨盒裡放一種原子,然後按照物質的排列順序將他們列印出來,那麼,這就一台物質製造機。可以列印出任何我們能想到的材料:水,空氣,蛋白質,皮膚,心臟。無所不能。

如果這台機器的解析度再小一點,就可以再縮減墨盒的數量,只用幾個基本粒子,可以列印出一切物質。氫氣,碳,鐵,金子,水印,無所不能。那這個機器就是上帝之手。


感覺技術成熟的話老牛逼了,我想要一個杯子,上網下載模板,列印,我想要一把菜刀,上網下載模板,列印,我想要造反,上網下載激光槍...當然,現在還是非常不成熟,材料過於昂貴,而且硬度不足,比不得鋼鐵,材料也只有有限的幾種,菜刀別想了,土質AK還想想..打造時間也過久,打造把槍一倆個月..而且說是個性化定製自行修改,怕也是需要一定的專業知識的,不會是跟畫圖一樣啪啪啪好了。

不過如果真的成熟,感覺放到異界可以直接當金手指用了..


過於神話了

說什麼那邊一把槍做模板就能在這邊列印無數槍出來…

照這樣說,那邊一摞錢,這邊也能列印一摞錢?那邊一顆大鑽石,這邊也能列印一顆大鑽石?

nonononono

這邊最多只能用快速凝結材料列印一坨和鑽石形狀一樣的塑料塊而已。

3d列印技術只不過是形狀複製而已,列印個門把手、小板凳什麼的估計沒問題。

對材質要求高的部件,比如某些發動機的關鍵部件,單獨製造都要靠進口,怎麼可能人家就直接ctrl+c +v了……



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