在麦肯锡关于3D打印的应用市场预测中，到2025年，3D打印在消费端的市场将达到4千亿美金。麦肯锡还预测到2025年，3D打印在复杂、小批量的产品制造领域的应用将达到3000亿美金的市场容量。
那么，吸引制造商在产品生产时应用3D打印技术的原因是什么呢？在前不久发布的《3D打印产业化机遇与挑战白皮书》中，3D科学谷将3D打印技术的优势归纳为两类：
A. 无模化。因为制造模具的成本高，周期长，这使得3D打印在小批量，定制的制造领域具有节约时间，降低成本的优势。
B. 成本对设计的复杂性不敏感。传统制造工艺在加工尤其复杂的设计的时候面临两个难题，一是成本随着产品的复杂性而急剧上升，二是对于过于复杂的设计，难以制造出来。3D打印成本对设计的复杂性不敏感。
这就给3D打印技术的应用带来了实现产业化的基础。根据3D科学谷的市场观察，在塑料消费产品或机械零部件的直接制造领域，3D打印技术的这两种优势已引起产品制造商的兴趣，部分制造商已经在最终产品或零部件制造中应用3D打印技术，本期，3D科学谷就分享两个基于光聚合工艺的3D打印技术在塑料产品及零部件生产中的应用案例。
从6到1，实现微流体喷嘴的一体化设计
家用、商用搅拌机制造商Vitamix 在制造商用搅拌机喷嘴时尝试使用了3D打印技术。
这些微流体喷嘴的作用是用于从300微米孔中喷射加压水，以便快速有效地冲洗搅拌器容器。喷嘴定期暴露于漂白剂、清洁剂和其他消毒剂中。因此，Vitamix 对于这些喷嘴的功能要求是双重的：
- 具有坚固的微流体设计，以便进行高速和高压喷射水，喷嘴需要具有非常特殊和精细的几何形状；
- 可靠性，特别是在商业食品服务环境中应对日常磨损的能力 。
注塑生产时所采用的喷嘴设计，由6个零件组装而成, 图片来源：Carbon。
最初，设计师们仍采用了原有用于注塑生产的喷嘴设计方式，喷嘴由六个独立零件组装而成，设计师通过3D打印设备制造这六个塑料零件，然后组装成喷嘴。采用这种设方式，可以降低模具成本，缩短零件交付周期，在几天内完成零件（而采用注塑成型则需要几个月的时间），并能够在保证零件具有高几何保真度的同时也具有良好机械性能。
然而，这种方法仍然需要多部件组装，并没有充分利用到3D打印技术在制造复杂结构方面的优势。
从传统设计走向为增材制造而设计-Vitamix 喷嘴设计方式的演变，图片来源：Carbon。
于是，Vitamix设计团队再次审视整个工艺，这一次，设计师突破了设计自由度和设计优化的界限，把目标放在制造整个喷嘴上，将这个喷嘴设计优化成一个单一的功能集成零件，没有装配要求，实现了喷嘴的完全优化。优化后的整体喷嘴具有300微米的孔和复杂的微流体通道结构，使用材料减少了30％，制造的手工劳动减少了55％，喷嘴的成本降低约33％，新喷嘴的耐用性提高了10倍以上。
通过有限元仿真识别潜在的应力区并确保生产可制造性，图片来源：Carbon。
喷嘴的设计师采用Carbon的刚性聚氨酯（RPU）材料和DLS（数字光合成）3D打印设备对零件进行3D打印。
最终通过测试的3D打印喷嘴设计，图片来源：Carbon。
Vitamix在应用3D打印技术的过程中还加强了产品快速迭代的能力，使用注塑成型方法，单个设计迭代和所需模具可能需要8到10周，而采用3D打印技术，可以进行快速的设计验证以及最终的可制造性验证，产品工程师在短短四周的时间内成功地在喷嘴设计上迭代了六到七次。
目前，Vitamix 准备通过3D打印技术生产上万个功能集成化喷嘴。
批量定制化生产
Gillette（吉列） 利用Formlabs 光固化 (SLA) 3D 打印机作为剃须刀手柄定制化生产设备，推出了 48 种不同的设计方案，以及多种颜色供消费者选择，消费者还可以添加自定义文字。
Razor Maker™ 的设计师能够快速测试设计创意，在几天之内，就可以将设计构思转变为 3D 模型，最后再制造成实体产品。3D科学谷认为，3D打印技术的应用使吉列加快了产品上市速度，缩短反馈循环，并在设计上更快地迭代，这与快速迭代的消费品市场尤其的合拍。
在设计方面，由于3D打印能够实现复杂的设计，设计师推出了更为复杂的设计款式。
由于3D打印技术在剃须刀手柄定制化生产中的应用，吉列的服务模式也发生了改变，消费者可以参与到产品设计中来。首先，消费者通过 Razor Maker™ 网站设计一个独一无二的手柄，然后将生成的设计转换为 3D 文件。Razor Maker™ 制造团队将多个设计文件发送到 3D 打印机，进行批量定制生产。完成3D打印的手柄，经过清洗、后固化、涂料和组装等后处理流程，最后交付给消费者。
传统制造技术，如注塑成型，是难以实现规模化定制生产的，而无需使用模具，直接制造产品，易于制造小批量定制化产品是 3D 打印的固有优势。在这个应用中，3D 打印技术消除了对注塑模具的需求，因此吉列无需对该产品进行前期模具的投资。
3D科学谷Review
3D打印与注塑竞争的可能性有多大？无疑，注塑工艺的优势在于大批量，而3D打印的优势在于小批量或者是生产非常复杂的设计。目前，3D打印的在塑料产品生产领域的发展空间要么是小批量简单设计，要么是大批量非常复杂的设计。
3D打印技术要想在大批量复杂产品的生产工艺上获得比注塑工艺更大的优势就需要打印速度更快。而提升打印速度，正是塑料3D打印技术发展中的一个明显的趋势。比如说Stratasys研发实验室孵化出来的Evolve Additive公司，推出了一种与中等批量注塑生产竞争的3D打印技术-选择性热塑性电子照相过程（STEP），Evolve Additive 称该技术，至少比粘合剂喷射3D打印技术快一个数量级。
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