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其他见解

3D打印:未来技术的到来

3D印刷已被认为是20世纪80年代的未来的制造技术。¹这项技术的普及最初是由业余爱好者和大学实验室支持的。最近，3D打印已经成为越来越多的行业的常态，包括航空、汽车、发电、医疗和牙科领域。然而，增材制造——3D打印的另一个术语——仍然被许多商业世界认为是一项有朝一日将彻底改变制造业的技术，只是现在还不是。

然而，Covid-19大流行是允许3D印刷行业证明其价值并表明未来可能最终在这里。随着医疗齿轮的需求，3D印刷在断层供应链中具有桥梁堵塞。该技术已被用于创建面部面罩，呼吸机部件，鼻检测拭子，以及突然不可用的其他所需设备。²行业领袖已经意识到3d打印的能力，但它从未如此有效地向全球观众展示。

根据Statista的数据，即使在此次危机之前，该行业预计在2020年至2024年间将以26%的复合年增长率增长。^3.3D打印在这场危机中扮演的角色可能会进一步改变该技术的发展轨迹，向更广泛的公众和企业决策者展示其灵活性和能力。经过几十年的发展，3D打印即将成为更广泛的企业支柱。⁴

新型冠状病毒肺炎

当疫情迅速蔓延到世界各地时，各国政府向工业界伸出了援助之手。科技公司自愿创建联系人追踪应用程序和分析工具。⁵香水制造商和酿酒厂生产洗手液。3d打印行业冲向医疗设备短缺的前线。

意大利布雷西亚的Chiari医院挤满了250名COVID-19患者，很快就用完呼吸机所需的阀门。⁶每个阀门都设计为持续八小时，供应商无法补充医院。在意大利研究所Isinnova，首席执行官和工程师在三个小时内创建了一个原型，并与当地的3D印刷公司合作，为医院制作阀门。

在英国诺丁汉大学，工程师们设计了3d打印的面罩，并将其交付给当地的医护人员5000个。汽车制造商法拉利(Ferrari)印制了呼吸器阀门，日产(Nissan)生产了面罩。在全球范围内，3d打印公司、大学、政府和行业组织创建了网络，以解决冠状病毒大流行造成的短缺。

在大多数情况下，这些快节奏的努力被允许跳过冗长的监管程序。因此，他们能够在数小时内生产出有效的部件，而不是数周或数月，这给医疗用品制造商敲响了警钟。

摔倒障碍

只要有3D打印机，公司就会将其视为一种工具，可以在将产品送入传统制造流程之前快速创建原型。这使得3D打印成为企业研发部门的一个已知数量，但不一定是在制造部门。

法国化妆品巨头L'Oréal是3D印刷的早期企业冠军之一。该公司于1993年购买了其第一台3D打印机，并使用它来创建模型，包装型号，甚至装配线更换部件。⁷2017年，L 'Oréal使用3D打印机创造了14000个原型。

原型设计一直是有价值的，但它并非所有3D打印都提供了。该技术有没有更改公司设计一些产品，建造供应链和制造商品的能力的能力。

以前，成本和技术限制遭受了广泛的采用。3D打印有时未能匹配传统制造成本和所使用的各种材料。例如，使用添加剂制造以使热交换器或涡轮发动机叶片可能比铸造10至30倍。这不包括额外的设计和验证成本。

在过去的四五年里，随着技术的成熟，许多这些限制已经开始消失。与此同时，行业已经发现3D打印可以降低成本，或者更重要的是，为其产品增加显著价值的更多领域。

材料

越来越多的机器可以3D打印各种金属和特种合金，这使得工程师可以最大限度地权衡重量、强度、耐温度和成本。例如，铝和钛用于航空航天结构部件，而镍合金用于热发动机部件。这种灵活性使3D打印成为某些行业的核心制造技术。

航空航天工业就是一个很好的例子，它需要重量轻、质量高的零部件。航空航天制造商很快就在数千种不同的部件上采用了3D打印技术，包括风管、墙板，以及最近的发动机部件。⁸

即使有了所有这些进步，也不是无限的原材料;并非所有金属都适用于3D打印。一些镍合金很容易打印，而其他镍合金也不是。例如，基于高性能镍的MAR-M-247在航空航天工业中珍视，但现在不能以所需的质量印刷3D。

3D打印的目标是像其他制造过程中使用的材料一样，有广泛的材料选择。3d打印公司在这些进步中扮演着重要角色。但是世界各地的材料科学家们也一样，他们正在将3D打印的边界推向新的领域，比如纳米材料。

成本

几乎所有企业都能找到3D打印机的用途，但许多企业负担不起。在其他情况下，传统制造系统的成本要低得多。

然而，3D-Printing行业趋势已经预测：它在机器价格上享有稳定的下降，销售额稳步增加。在整个进化中，引入了新技术，然后精致地制作了打印更便宜，更快，更通用。

现在的工业机器使用激光、加热喷嘴、电子束或等离子弧来成型塑料或金属。每个流程在成本、速度和质量方面提供了一组不同的优点和缺点。每一种都为创新提供了肥沃的土壤，特别是在新材料被引入的时候。

企业可以购买3D打印机，只需几千美元。早期的金属3D印刷机成本近90万美元。现在，公司可以找到120,000美元的金属打印机。美国能源部橡树岭国家实验室的进展，以其3D印刷创新而闻名，允许研究人员降低碳增强聚合物印刷的最终成本，每磅每磅1000美元至20美元。⁹

3D打印是遵循其他技术的可预测路径，例如家庭计算机：设备越来越强大，灵活，更便宜。随着更多的打印机生产，随着规模经济，价格将继续下跌。

此外，企业也取得了更长的成本观点。需要通过他们的整体生命周期成本来评估组件，从出生退休，而不是他们的制造成本。可以基本上通过3D打印减少组件的重量，这降低了操作和维护成本。更高的制造成本上涨可能超过未来的储蓄抵消。这些因素使3D印刷技术具有竞争力，并将其进一步推动到企业主流中。

大小

对于3D打印机来说，创建工具和小的替换部件通常是很容易的工作。但有些人对这种技术不以为然，因为它不能打印更大的东西。这是增材制造取得进步的另一个领域。

2016年，橡树岭国家实验室为最大的3D印刷物体设定了世界纪录。¹⁰为Boeing创造了“修剪和钻孔”工具，用于建造飞机翅膀。1,650磅的工具长17.5英尺，宽5.5英尺。该实验室还使用3D打印机来创建车辆甚至房屋，尽管显然他们没有生产单件。

其他打印机现在可以创建40英尺长的物体。¹¹大规模3D打印可以完成曾经需要注射成型、铸造或锻造的工作。

现有的障碍

虽然3D印刷技术已迅速推进，但在某些行业中仍有障碍仍然存在障碍。技术，金融和劳动力限制可以减缓添加剂制造的过程。其中一些包括：

技能差距 - 大多数公司都没有工人使用这项技术设计，工程师和制造产品所需的最终知识。通常需要新的招聘和重新划分。
成本——即使3D打印与其他制造工艺相比具有竞争力，它在设计和设计产品方面的成本仍然要高得多。
规定和资格-额外的时间和成本的认证和合格的一个新零件或工艺可能使3D打印在某些情况下缺乏竞争力。这一过程的这些方面可能会在航空航天和医疗设备行业造成障碍。
材料表征 - 用于用传统制造工艺制造的产品，诸如强度和疲劳的材料特性明确定义。然而，有一定程度的不确定度，一些3D打印物体部分由由逐层累积产生的各向异性引起的。
生产量 - 对于一些大容量物品，3D打印不能跟上传统制造。这仍然是一个主要的障碍，特别是在汽车工业和其他大批量领域。

像大多数技术一样，没有一种适合所有人的方法。仅仅因为一个物体可以被3D打印出来并不意味着它应该被打印出来。当成本和收益与公司的战略和目标一致时，价值就产生了。

3 d打印技术的未来

110亿美元的3D印刷行业现已在某些行业成为一个利基和成熟的技术之间。¹²普遍的误解是，它是用于实验而不是生产，是用于小规模制造而不是工业规模的制造。3D打印不可能达到它的高期望，除非公司突破传统的用途。

制造业

3D打印仍然存在不正确的假设，主要用于不经常使用的部件，不常用，甚至停止。

3D-Printer制造商Essentium发布的调查结果2019年初发现该技术主要用于小规模项目。根据3Dnivity.com的数据，八十三名调查的人表示，他们最大的生产经营数百或更少。¹³然而，去年年底的后续研究发现3D印刷的规模大幅增加;近一半的受访者正在创建数千人的印刷品。¹⁴

在某些情况下，企业将3D打印作为按需制造的手段。最典型的例子是国际空间站。自2016年以来，美国宇航局一直在使用3D打印机在太空创建自己的机械车间。¹⁵如果一个工具坏了(以前也发生过)，宇航员可以在15分钟内打印出一个替换工具，而不是等待下一架航天飞机带来一个。

有明显的价值。然而，当公司更彻底地将技术集成到其制造过程中，3D打印将变为变革性。

设计

3D打印的核心是一种制造过程。这意味着公司可以用不同的方式制造产品，但这并不总是产品的全部价值所在。

3D打印的独特性质为创造新设计而不是代替现有的设计。当他们从刮擦时，组织将在这项技术中找到更多的价值。由于设计创新，该技术可以制造更小，更强大或更便宜的产品。通常，这些前进是由设计思维与从根本不同的过程互动的方式产生的。

一个新产品通常是通过一个结构化的设计思考过程来实现的，这个过程考虑了可取性、可行性和可行性。通常，可行性阶段是产品被改变的阶段，牺牲一些可取性和可行性方面。限制迫使传统制造修改设计，即使它导致更多的重量，成本和复杂性。传统制造是一种自上而下的过程，其中一个组件是创建或从更大的部件加工。3D打印从基层开始运作，将材料添加到微小的层中，以创建复杂的部件，并更有效地利用原材料。

大众拥有的Bugatti，Supercars的制造商经常在七个数字中定价，使用3D打印来构建其新车辆的钛制动卡钳。¹⁶在45小时的过程中，激光熔化钛粉，形成2213层金属。尽管钛比布加迪的传统材料(铝)重，但由于新设计，卡尺的重量减轻了40%。布加迪的一位高管表示，3D打印是这种新设计的唯一选择。

另一个例子来自GE航空，这试图重新设计其喷气发动机燃料喷嘴。核桃大小的部件有14个内部流体通道，需要混合燃料和空气。设计很好，但制造过程并不符合挑战。

“我们试图施放它八次，我们每次都失败，”穆罕默德·埃海默省（GE航空工程师负责人）说。¹⁷

不用将20个零件焊接在一起，一台经过改装的现成3D打印机可以使用3000层粉末金属来制造新的喷嘴。其结果是重量减轻了25%，耐用度提高了5倍，价格降低了30%。这一成功迫使通用航空公司在阿拉巴马州建立了一个新的制造工厂，每周大约打印600个喷嘴。¹⁸

通常，3D打印的好处并没有计入制造成本。它们产生于下游价值，比如更高效的发电组件，可以节省数百万美元的燃料成本并减少排放。

GE GAS POWER CEO CEO Scott Strazik表示，3D打印允许他的公司设计涡轮机，这些涡轮机可使其用户节省高达200万美元的燃料，并在新发电能力下每年增加300万美元。¹⁹

供应链

在Covid-19大流行开始之前，组织已经意识到3D打印可以使供应链更紧凑。危机现已暴露在这些全球网络中的关键弱点，并为高管提供了恢复其供应链的机会。

降低风险的传统方法是在全球范围内分散供应链，这通常会降低成本。直到今年年初冠状病毒在全球最大的制造国中国蔓延之后，这种做法一直很有效。当地和其他受灾严重地区的工厂暂时关闭，进口贸易中断。高管们往往无法看到自己的供应链，也没有意识到自己的弱点。

中国庞大的劳动力和较低的工资使其能够扰乱世界大部分地区的制造业。消费电子产品向中国转移是有道理的，因为需要廉价劳动力按顺序组装200个左右的部件。3D打印技术可以让一些公司和国家创造自己的破坏，以更少的劳动力和资本投资带回制造业。

大流行不会逆转全球化。但是，更多组织正在寻找本地供应商，并寻求提高主要市场附近的局部能力。企业需要密切研究其运营最关键的部分，并在案例中创造违规行为，无论是在本地还是全球。

企业可以在主要人口中心附近设立3D印刷设施，而不是从世界各地的制造中心运输商品。当消费者来到时，可以在订购时制作物品并仍然快速到达。

3d打印公司Carbon和运动服装跨国公司adidas联手研发了3d打印的Futurecraft 4D鞋。阿迪达斯首席营销官Eric Liedtke告诉TechCrunch:“理想情况下，我们的愿景是按需建造和打印。现在，我们的大部分产品都是在亚洲生产的，我们把它们装在船上或飞机上，最后运到第五大道……我们可以有一个微型工厂，而不是在新泽西有某种微型分销中心。”^20.

通常，3D打印可以使单个物体更便宜。然而，当技术成为供应链的核心元素时，更大的好处就会被释放出来。

新市场

3D打印的效率、创造力和多功能性正吸引着新的行业。每一项进步——无论是打印机技术还是新材料——都打开了一扇门。

CB Insights列出了35个有可能被3D打印颠覆的行业。²¹那些包括：

建筑和施工 - 3D印刷建筑物很少见，但也许不得不更长时间。迪拜的官员表示，在2025年，可以用3D打印机建造一四分之一的新建筑物。
药品 - 药品制造商可以为一群患者甚至个人定制药丸。马萨诸塞州理工学院的工程师创造了一种用于制造在不同时间释放的药物携带颗粒的3D印刷方法。²²
消费电子产品 - 公司已经使用3D打印用于天线，传感器和其他小型部件。尽管如此，还有空间扩展到电路板的3D打印甚至整个设备。
交通——硅谷初创公司Proterra在其电动公交车上使用3d打印部件。由于订单仍然很少，3D打印使得该公司的零部件制造成本降低了至少90%，并加快了上市时间。²³

颠覆系统

计算3D打印的价值是复杂的。企业必须考虑设备价格、材料、生产速度和其他可衡量的因素。除此之外，公司需要预测技术成本的变化和材料选择的扩大。

传统机制存在沉没成本，颠覆一个至少目前还在运转的系统也存在风险。通过3D打印技术可以发现创新的未知价值。

许多企业会犹豫是否要中断现有的供应链或削弱现有的流程。在许多行业，这是一条棘手的路线，直到紧急情况到来，没有其他选择。

当前的危机正迫使世界上很多地方，从个人到最大的公司，采取不同的行动和反应。旧的方法不再有效了。需要新的解决方案来提供效率和灵活性，促进创新。没有一种技术能满足所有人的需求。然而，许多组织将密切关注3D打印，并发现一个多功能的工具，很好地适应快速发展和不可预知的景观。

Infosys Consulting合伙人Rafi Billurcu和Infosys Consulting供应链业务负责人Rahul Chalisgaonkar为这份报告贡献了他们的专业知识。

¹3D打印的历史:它比你年龄大(也就是说，如果你在30岁以下)，丹娜·戈德堡，2018年4月13日，红移。

²3D打印如何在冠状病毒爆发中挽救生命，詹姆斯寺，2020年3月27日，麻省理工学院技术审查。

^3.增材制造和3D打印-统计和事实，I. Wagner, 2019年11月18日，Statista。

⁴增材制造工程服务框架，Sudev P. Pattathil, Sheshadri Ganeshaiah Uttameshwar和Ravi Kumar G. V. V.博士，2018年，Infosys。

⁵超越自我:应对COVID-19，杰夫莫莫斯，2020年，Infosys亚搏电脑登录知识学院。

⁶冠状病毒:3D打印机用瓣膜拯救医院Zoe Kleinman，2020年3月16日，BBC。