中国模具制造遭遇3D打印挑战 举步维艰

来源: VR网 作者:mayaxian 阅读:340 2016-07-13
 第三次工业革命”宣扬者们认为,其核心技术――3D打印,将撼动中国世界工厂的地位。不过在3D打印企业界看来,这项技术擅长个性化产品制造,而不是批量化生产,后者正是“中国制造”的核心优势。通俗地说,3D打印指根据计算机图形数据,让3D打印机采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体,目前可采用的材料已拓展到金属、塑料、石蜡等上百种,大大拓展了应用的范围。据亚洲制造业冠军联盟负责人、国际模协秘书长罗百辉介绍,3D打印可免除制造刀具、夹具和模具的过程,直接进行产品加工,解决了生产工艺难以解决的问题,还节约材料、缩短时间。
 
  美国自上世纪七十年代末起开发这项技术,一直领跑全球。目前全球有两家3D打印机制造巨头,均在美国纳斯达克上市,2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。相比美国,中国在此领域的发展仍然滞后。罗百辉介绍说,目前全球3D打印市场规模在13亿美元,中国包括设备、耗材和服务在内,仅为3亿元人民币。
 
  由于3D打印的突破性进展,人们正在谈论美国借此重振制造业。其中的逻辑是,这项技术回避了美国人力成本高昂的劣势,能够实现无人工操作。而且,制造过程极大节省了材料,最终节约的成本,将使制造业外包给中国完全没有必要。
 
  中科院深圳先进技术研究院可视计算研究中心主任陈宝权认为,3D打印并不适合批量生产,生产1件和生产1万件的成本单价接近,不会对传统批量生产的产品造成太大冲击。而大批量生产正是“中国制造”的擅长领域。
 
  对大规模生产的普通易耗品,3D打印恐怕永远竞争不过模具,尤其考虑到重力环境、可加工材料范围以及模具技术的同步进步。对高端工业品,材料、工艺才是核心竞争力所在,时间成本往往也远大于人力成本。
 
  此外,现在桌面级3D打印机的精度大约在0.1毫米级别,制成品外观有较明显的纹理,相较传统机械工艺还显粗糙。工业级打印机的精度虽然可以精确到几微米,但成本高达几十万元甚至上百万元,远远超过一般家庭的承受力。
 
  计算机研究员李江亮是3D打印发烧友,刚从美国订购了一款打印机,兴致勃勃地花了三个小时做一个iPhone外壳。谈及使用的体验,他说:“现在还属于‘看上去很美’,但可用材料、打印速度、精度、制造零件尺寸和批量生产能力,都离实用化要求很远”。
 
  其实,3D打印机的操作步骤较为简单,只需要将建好的三维模型输入到3D打印机的电脑中就能进行打印了。3D打印机的旁边有两个电脑机箱,这一个机箱是运行三维建模软件用,另一个则是连接3D打印机所用。这款3D打印机支持多种建模软件,如Solidworks、Pro-e、UG、Maya、3DsMax等。
 
  在一切准备措施完成之后,打印机开始打印。3D打印机的打印有点类似于喷墨打印机,不过它喷出的是材料而非墨水,喷出的材料按照模具的形状一层一层堆叠起来,最终完成整个模具。一般来说,保护套一类的模具只需要3小时左右就能打印出来,相对于开模动辄耗费1周的时间来说,已经有了天壤之别。
 
  一款保护套在面世销售之前会经过两个步骤,一是设计,二是制造。在设计与制造之间又包含了无数的步骤。而当中最重要的是设计与制造两者之间的衔接过程。在电脑中设计完成的保护套真正的制造出来之后,也许与设计人员想象中的保护套在功能或者其他方面差别很大。比如保护套的手感,与手机的密闭程度等等。这就好像是梦想与现实之间的总会有差别存在,如何来权衡两者之间的差别就显得非常重要。
 
  传统的制造工艺中,一款保护套在设计之后会进行开模,第一版模具行话叫做手板,主要用于设计开发者研讨产品功能及性能,找出设计过程中的缺陷与不足,进行再次设计弥补这些缺陷。这个衔接过程叫做工程验证,由于关系到最终的量产产品的形态如何,所以非常重要。
 
  “手板的开模所需要的时间一般需要一周时间,最短也要3-4天,在商机瞬息万变的商业社会中,这样的效率无法让人满意。此外,传统制造工艺中的开模的风险较大,除了时间之外,还有两点风险让厂商担心。一是开模的成本较大,对于没有经过市场检验的创新设计而言,一旦市场不认可,就会造成较大的损失;二是产品开模之后无人问津,即便是成熟的产品,没有客户愿意下单,一切都是白搭。前一种风险至少值得一试,后一种风险直接就浪费了开发的资源。”国际模协秘书长罗百辉认为与传统制造工艺相比,3D打印机所具备的立体成型、打印速度、打印成本这三项优势无疑是巨大的。它很好的将以上三点风险降到了最低。
 
  3D打印机打印而出的模具在某种程度上能够完全替代手板,现在很多的厂商已经开始用3D打印而成的模具进行工程验证。而快速的打印能力让产品设计与制造间衔接的周期缩短。打印成本的优势则让更多的创意设计能够在成型之后再给客户体验,以促成订单,免去了开模的风险。罗百辉指出,对于用户而言,3D打印机降低了厂商的制造成本,也许我们购买的产品价格也就更低。最重要的是成本的降低让厂商有了更多的资源去设计更好更具创意的产品,用户也就有了更多的产品可以选择。
 
  现在,有越来越多的用户选择3D打印机作为开发用,淘宝上也有了几千块的3D打印机售卖,但是几千块的3D打印机分辨率极低,不能满足商业上的要求,所以实用性不高。相信在不久的将来,3D打印机的覆盖面会越来越广阔,最终3D打印机也许能像喷墨打印机一般走进千家万户,人人都能打印三维立体的事物。
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