導讀：我可以使用 3D 打印技術來制作數(shù)千、數(shù)萬或數(shù)十萬個零件嗎？越來越多的制造商開始問自己這個問題。他們知道 3D 打印是一種快速、便宜且靈活的工具，可用于制作原型和制作少量獨特零件，但將其用于更大批量是否有意義？

傳統(tǒng)觀點認為，一旦單個零件的產(chǎn)量超過 10,000 份，改用注塑成型或其他傳統(tǒng)生產(chǎn)方法更為經(jīng)濟。通常，規(guī)模經(jīng)濟會在產(chǎn)量低得多的情況下發(fā)揮作用。

△來自機器和材料制造商 Carbon 的樹脂 3D 打印技術已成為大規(guī)模生產(chǎn)最終用途零件的首選方法之一（來源：Carbon）

但增材制造具有獨特的特點，在某些情況下，它不僅是更經(jīng)濟的選擇，而且是生產(chǎn)更好、更高效零件的更快方法。

增材制造大規(guī)模生產(chǎn)的想法并不新鮮，它實際上已經(jīng)在我們下面詳述的知名公司中進行。事實上，制造商已將其大批量產(chǎn)品轉(zhuǎn)向 3D 打印，主要原因有以下三個：

然而，對于大多數(shù)制造商而言，用于大規(guī)模生產(chǎn)的 3D 打印根本不具有經(jīng)濟意義，而且障礙多于優(yōu)勢。

讓我們來看看大批量增材制造面臨的挑戰(zhàn)，以及今天哪一家制造商成功地實現(xiàn)了 3D 打印數(shù)千量級的零件制造。

                                 3D 打印大規(guī)模生產(chǎn)的體量

△國際大型3D打印服務公司，如materialise，在增材量產(chǎn)上吃了不少苦頭（來源：Materialise）

在深入探討增材大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢之前，讓我們先定義一下生產(chǎn)型 3D 打印的含義，這并非易事。增材制造什么時候從小批量到大批量制造，超過 1,000 個零件，10,000 個零件？“大規(guī)模生產(chǎn)”、“批量生產(chǎn)”或“大量生產(chǎn)”沒有統(tǒng)一的統(tǒng)一定義，因為它取決于行業(yè)和產(chǎn)品。

例如，如果你是高端鐘表制造商，3D 打印 300 個鈦金屬外殼是一個很大的體量，但對于大型汽車制造商來說，3D 打印 10,000 個鋁支架只是九牛一毛。

出于本文的目的，我們將考慮打印 500 到 10,000 個零件算作增材批量生產(chǎn)，具體取決于應用。要達到生產(chǎn)水平，操作員必須在單次生產(chǎn)運行中至少打印數(shù)百個零件。

用于批量生產(chǎn)的 3D 打印的優(yōu)缺點

△汽車巨頭BMW 啟動了幾項研究，測試 3D 打印大規(guī)模生產(chǎn)此類汽車零部件的可行性，這些零部件專門針對該技術進行了重新設計（來源：BMW）

增材大規(guī)模生產(chǎn)為使用它的公司帶來了顯著優(yōu)勢。這些公司已經(jīng)克服了技術和工藝方面的挑戰(zhàn)，最重要的是，找到了一種完全符合增材大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)勢的應用。

如果您正在考慮大批量 3D 打印，可能會遇到痛點，例如需要更快地將產(chǎn)品推向市場，需要開發(fā)功能更好的產(chǎn)品以提升其價值，或者尋求解決供應鏈問題您現(xiàn)有的制造商。

讓我們看看該方法的用途和挑戰(zhàn)。

優(yōu)點

過渡型制造。在通過常規(guī)方法建立大規(guī)模生產(chǎn)之前，使用 3D 打印機批量制造零件或產(chǎn)品是一種過渡型制造，是補全產(chǎn)品創(chuàng)意與大規(guī)模制造之間差距的臨時措施。這種方法使制造商能夠顯著更快地將新產(chǎn)品推向市場，從而使他們能夠測試市場需求并可能仍然對產(chǎn)品進行更改。傳統(tǒng)制造生產(chǎn)后的更改成本要高得多，因為您已經(jīng)投資創(chuàng)建模具和工具。3D 打印使您能夠在競爭之前將產(chǎn)品推向市場，即使您仍在進行一些調(diào)整。

當您在傳統(tǒng)制造中出現(xiàn)延誤或機器停機時，過渡型制造也是一種備用計劃。使用 3D 打印批量生產(chǎn)產(chǎn)品的選項可以消除停機時間并建立生產(chǎn)冗余，無論您是在內(nèi)部進行 3D 打印還是將增材制造外包給服務提供商。

△運動品牌Asics 于 2022 年 7 月推出了 3D 打印的 Actibreeze 3D 涼鞋，具有“卓越的涼爽和透氣性”，但根據(jù)公司網(wǎng)站，目前尚未發(fā)售（來源：Asics）

設計自由。今天，大多數(shù)使用增材制造進行大規(guī)模生產(chǎn)的公司都選擇了它，因為他們需要生產(chǎn)的零件根本無法以任何其他方式制造。3D打印時零件性能的提升超過了增材制造的更高價格。例如，通過 3D 打印具有內(nèi)部晶格結構的金屬部件來減小其尺寸和重量，從而在制造成本方面具有優(yōu)勢。同樣，制造商可以一體式 3D 打印更高效的組件，這些組件以前注塑成型為 10 件并組裝?？傮w成本節(jié)省是顯而易見的，即使 3D 打印比注塑成型更昂貴。

大規(guī)模定制。增材制造完全獨特的是大規(guī)模定制的概念，這意味著生產(chǎn)運行中的每個零件實際上都可以是獨一無二的，與注塑成型的情況不完全相同。在打印之前，增材制造的零件僅以數(shù)字 CAD 文件的形式存在，因此您可以在此數(shù)字階段輕松修改產(chǎn)品以滿足客戶需求，提供更理想的個性化選項。例如，剃須刀制造商吉列利用 3D 打印技術大規(guī)模生產(chǎn)定制剃須刀手柄。大規(guī)模定制的另一個很好的例子是 3D 打印牙齒矯正器，一次打印數(shù)百個。

生產(chǎn)靈活性。由于傳統(tǒng)制造業(yè)缺乏工具或其他生產(chǎn)必需品，3D 打印機可以立即開始生產(chǎn)不同的零件或新版本，從而為制造商節(jié)省了與重組工具相關的金錢和時間。

△已經(jīng)依賴3D 打印進行研發(fā)的運動產(chǎn)品制造商迪卡儂研究了在公司面臨注塑成型能力問題時大批量 3D 打印部分零件的可行性（來源：3D Systems）

現(xiàn)場/本地制造：最近的全球供應鏈中斷凸顯了傳統(tǒng)制造的脆弱性。使用 3D 打印機，您可以在內(nèi)部或當?shù)胤仗峁┥烫幧a(chǎn)零件，從而完全消除交付時間和供應鏈中斷的問題。通過使用全球服務提供商，還可以進行分布式制造，將要打印的部件發(fā)送到盡可能靠近最終用戶的位置，從而避免運輸成本。

更快的生產(chǎn)。制造商知道 3D 打印比傳統(tǒng)的原型制造速度更快，但 3D 打印機可以在最少的監(jiān)督下全天候生產(chǎn)功能性、生產(chǎn)級的部件——只要有正確的軟件、硬件和流程。

可持續(xù)性：用于大規(guī)模生產(chǎn)的增材制造比減材制造方法（如 CNC 銑削）使用更少的原材料，可以在更接近需要的地方生產(chǎn)，并且不符合最低限度的概念，這可能導致積壓浪費。公司可以打印他們需要的東西。

缺點

大批量增材制造并不是適用于所有產(chǎn)品的最佳解決方案，許多公司會發(fā)現(xiàn)通過增材制造將產(chǎn)品從軟件到運輸?shù)亩嗖襟E過程讓人難以承受。以下是您可能不會為您的產(chǎn)品大量選擇 3D 打印的一些原因。不過請記住，將您的批量生產(chǎn)外包給 3D 打印服務提供商可以緩解其中的許多問題。

前期成本高：要在內(nèi)部進行大批量 3D 打印，您需要大型 3D 打印機或多臺 3D 打印機，這是一項重大投資。在設計和實施全新的數(shù)字和手動工作流程時，您還需要購買材料和操作軟件。

自行車公司 Specialized 的 Power Pro with Mirror 3D 打印自行車座墊是其第二款使用 Carbon 的 3D 打印技術并由服務提供商 OECHSLER 打印的批量增材制造產(chǎn)品（來源：Specialized）

增材制造設計：正如我們所提到的，當今大多數(shù)大批量 3D 打印公司都在生產(chǎn)專門設計用于使用該技術制造的零件。傳統(tǒng)制造和增材制造需要不同的設計原則。習慣于使用傳統(tǒng)方法的工程師和產(chǎn)品設計師會發(fā)現(xiàn)，要過渡到增材制造設計 (DfAM) 以最有效地利用 3D 打印具有挑戰(zhàn)性。此外，重新培訓他們的成本可能很高。大批量 3D 打印與您當前加工或注塑成型完全相同的零件，而無需任何重新設計幾乎從來都不是一個好主意。

可重復性問題：可重復性是指 3D 打印機重復生產(chǎn)相同部件的能力。然而，機器可能非常敏感，即使是很小的校準或材料變化也可能導致打印錯誤。清除失敗的打印件和重新校準打印機可能非常耗時，并會導致生產(chǎn)損失。

孤立的機器：今天幾乎所有的增材大規(guī)模生產(chǎn)都是使用來自同一供應商的多組3D 打印機完成的。制造商可以擁有 30 臺 Carbon3D 打印機或 40 臺 EOS 打印機。這為連接性和一致性提供了一定的保證，但它確實將制造商鎖定在一個 3D 打印機 OEM 上。一臺 3D 打印機的操作系統(tǒng)、周邊甚至材料都大不相同。即使增材制造工作流程軟件取得了進步，至少可以說，在多個不同的 3D 打印機需要協(xié)同工作的環(huán)境中建立流暢的工作流程仍然非常具有挑戰(zhàn)性。

熟練勞動力：要在內(nèi)部進行大規(guī)模增材制造，您需要熟練勞動力。雖然一個工人可以操作多臺 3D 打印機，但聘請專家員工或?qū)ΜF(xiàn)有員工進行再培訓以使用這些機器的成本可能很高。

材料成本：3D打印機制造商已經(jīng)取得了長足的進步，能夠使用與注塑成型相同的材料，并向第三方材料開放。然而，許多人仍然只能在使用專有材料時才能保證質(zhì)量，這些材料通常更昂貴。

△即使是桌面 3D 打印機制造商，例如 Formlabs，也在引入旨在簡化批量生產(chǎn)的功能（來源：Formlabs）

缺乏標準：3D 打印行業(yè)技術和材料尚未標準化到與傳統(tǒng)制造相同的程度。因此，依賴安全或質(zhì)量認證的制造商可能還無法自信地大規(guī)模實施增材制造技術。

后期處理：幾乎所有 3D 打印部件都需要一些后處理，從去除支撐到固化、燒結、打磨、平滑、噴漆，甚至是 CNC 銑削以實現(xiàn)更嚴格的公差。增材大規(guī)模生產(chǎn)設施必須具備順暢的后處理工作流程，以便通過各種后處理從打印機中取出零件。

用于批量生產(chǎn)的增材制造實際案例

盡管寶馬、通用汽車和美國軍方等公司進行了許多令人印象深刻的增材大規(guī)模生產(chǎn)概念驗證研究（已完成和正在進行） ，但下面我們展示了解決制造問題的真實大批量 3D 打印示例并為全球公司提供創(chuàng)新產(chǎn)品。

消費品行業(yè)

△未來的阿迪達斯 4DFWD 跑鞋（來源：阿迪達斯）

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