增材制造現(xiàn)已廣泛用于最終用途零件的生產(chǎn)，這一趨勢得到了Sculpteo市場調(diào)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)而非僅用來制作原型。但3D打印通常不是批量生產(chǎn)的首選方法，因?yàn)閭鹘y(tǒng)手段在交貨周期和生產(chǎn)成本方面更具競爭力。然而，如今越來越多的制造商正在考慮通過增材制造進(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(biāo)準(zhǔn)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(dá)斯和Carbon大批量生產(chǎn)運(yùn)動鞋鞋底

2017年4月，阿迪達(dá)斯宣布與Carbon達(dá)成重要合作伙伴關(guān)系，雙方共同生產(chǎn)10萬雙具有3D打印鞋底的Future Craft 4D運(yùn)動鞋。通過使用Carbon的數(shù)字光合成技術(shù)，阿迪達(dá)斯能夠在19分鐘內(nèi)打印出具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鞋底。3D打印的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鞋底能夠減輕鞋子的總重量并能提供更好的緩沖性和穩(wěn)定性，從而能夠更好的響應(yīng)每個(gè)運(yùn)動員的運(yùn)動。

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

數(shù)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(xiàn)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雙，主要是盡管速度快但大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)能也需要一段時(shí)間來建設(shè)。而在2019年，阿迪達(dá)斯和Carbon年產(chǎn)量百萬雙的目標(biāo)就已經(jīng)達(dá)成，而且每一季都會推出新產(chǎn)品，價(jià)格也在不斷地親民化。

圖2：Adidas 3D打印運(yùn)動鞋

據(jù)國外調(diào)查機(jī)構(gòu)SmarTech Publishing 2019年的報(bào)告，鞋類3D打印將在未來10年內(nèi)達(dá)到63億美元的市場規(guī)模，阿迪達(dá)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，國內(nèi)匹克、李寧等品牌也已在該領(lǐng)域發(fā)力；同時(shí)，國內(nèi)也有對標(biāo)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公司專注于使用3D打印正畸解決方案，尤其以開發(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(jī)來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(jié)合的完美典范，其每天可生產(chǎn)超過32萬副以上的矯治器，全球治療的客戶超過900萬人。

圖3：隱適美3D打印透明牙套

3D打印帶來的設(shè)計(jì)靈活性幫助降低了制作過程中的風(fēng)險(xiǎn)。為了避免混淆，每個(gè)矯治器都有一個(gè)獨(dú)特的病人ID，通過CAD文件添加到矯治器的設(shè)計(jì)中，直接通過3D打印技術(shù)制作出來。這個(gè)唯一的標(biāo)識符不會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(yùn)輸。

圖4：每個(gè)病人需要十幾到幾十副隱形牙套

目前，醫(yī)療、牙科領(lǐng)域已成為3D打印技術(shù)發(fā)展的重要推動力量。醫(yī)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(yīng)用基礎(chǔ)。美國Align Technology公司的隱形矯正器，是全球應(yīng)用最廣的品牌。近年來在國內(nèi)，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)域都有著較強(qiáng)的實(shí)力。醫(yī)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(tuán)燃油噴嘴

GE增材與賽峰公司合作，自2015年開始使用增材制造技術(shù)批量生產(chǎn)發(fā)動機(jī)燃油噴嘴。憑借40多臺3D打印機(jī)，GE奧本工廠在2017年交付了8000個(gè)燃油噴嘴；到2018年底，這一數(shù)據(jù)已經(jīng)超過3.3萬個(gè)；而到2019，該工廠每周可生產(chǎn)800個(gè)噴嘴，這在當(dāng)前增材制造的行業(yè)現(xiàn)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(xù)增長。截止到去年11月，新燃油噴嘴的生產(chǎn)數(shù)量超過了6萬個(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(jié)構(gòu)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(xiàn)了該結(jié)構(gòu)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(nèi)設(shè)備商打印的航空燃油噴嘴

近年來，國內(nèi)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和制造工藝，還涉及拋光等后處理方案以及可靠性驗(yàn)證研究。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)和SLM成形的噴嘴殼體簡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(dá)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

相比運(yùn)動鞋和發(fā)動機(jī)噴嘴，睫毛刷這個(gè)應(yīng)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打印睫毛刷的專利是由香奈兒于2007年首次提出的，經(jīng)過差不多10年的研發(fā)，才正式進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)。2017年，香奈兒的睫毛刷生產(chǎn)線有六臺3D打印機(jī)，每天可生產(chǎn)50000支刷子，這相當(dāng)于每周打印25萬支刷子，每月總數(shù)可高達(dá)100萬支。而到如今，該生產(chǎn)線已經(jīng)有15臺打印機(jī)，并且可以7*24小時(shí)不停歇運(yùn)轉(zhuǎn)，其3D打印的睫毛刷數(shù)量已達(dá)到1700萬個(gè)。

圖7：采用激光燒結(jié)工藝3D打印的睫毛膏刷

香奈兒睫毛刷采用激光燒結(jié)3D打印工藝，材料為尼龍。據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)介紹，在模型制作的時(shí)候，3D打印可以使設(shè)計(jì)師繞開昂貴且耗時(shí)的傳統(tǒng)模具制造過程，還可以通過對100多個(gè)原型進(jìn)行微調(diào)，極具經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)，而最終定型的睫毛刷結(jié)構(gòu)使用常規(guī)手段則無法制造。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(xù)不見好轉(zhuǎn)，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(yī)療領(lǐng)域。Carbon每周生產(chǎn)的鼻咽拭子和防護(hù)面罩分別超過100萬支和18000個(gè)；Formlabs則使用250多臺內(nèi)部3D打印機(jī)，每天生產(chǎn)多達(dá)15萬支檢測拭子，Markforged的生產(chǎn)規(guī)模也擴(kuò)大到了每天10萬只。英國的Photocentric公司則采用光固化技術(shù)進(jìn)行呼吸器兼容閥門的打印，每周的生產(chǎn)量達(dá)到4萬個(gè)。這些例子說明在緊急情況下3D打印可以快速反應(yīng)。

圖9：Formlabs每天生產(chǎn)多達(dá)15萬支檢測拭子

有人說3D打印批量化生產(chǎn)是一個(gè)偽命題，這項(xiàng)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(jié)論，對于特定的、只能由3D打印制造的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)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(jié)等，也同樣具備批量化生產(chǎn)的場景。

3D打印的批量化生產(chǎn)，離不開可以支持這一趨勢實(shí)現(xiàn)的設(shè)備。如今，無論金屬還是塑料，都在無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越來越多。