3D打印(或者更正式的说法是增材制造)要么是自螺丝问世以来对制造业的最大冲击，要么是自传真机问世以来最大的科技热潮，这取决于你的看法。实际上是每一种的一点。
增材制造通过将一层材料堆积在另一层材料上，而不是先将一块钢切割、锯切或铣削掉，从数字文件中“打印”固体物体。它使企业能够更容易地制造传统上难以制造的复杂形状和结构。与传统制造技术相比，这也减少了浪费，因为传统制造技术需要更长的安装时间和更高的材料和劳动力成本。
三分之一(33%)的受访者参加了ASSEMBLY杂志2014年的调查职业调查主张他们正在积极探索添加剂制造。这比2013年高出7个百分点。
“我们相信3D打印将会证明是一个游戏规则的改变者，它的影响将会比许多人预期的更快地感受到，”波士顿咨询集团的负责人Stefan Deutscher说，“简而言之，3D打印正在快速普及，现在正是企业权衡其业务影响的时候。”
然而，有些人质疑高批量零件生产技术的长期潜力。他们认为它只用于原型，样品生产运行，使替换部件和其他利基应用。
“[该技术]对传统流程没有构成威胁，因为3D打印中使用的材料不适合绝大多数应用，”密歇根制造业国际首席执行官雅各布Prak，其中包括组件，铸件，冲压器，机械加工零件，齿轮，轴承和OEM的其他组件。“此外，3D打印技术的成本至少比传统方法高出一个数量级，当制造多于几个部分时。”
其他观察人士则持不同看法。宾夕法尼亚州立大学工程设计教授理查德·德文博士说:“这是一项能够激发灵感的技术。”“当你身边有一台3D打印机时，你可以实现比平时多得多的成就。
“3D打印在价格上无法与传统的大规模生产竞争，”德文补充道。“它在定制和独特性上展开竞争。”
可以使用3D打印生产不可能使用传统加工和模制技术创建的对象。“[工程师]开始意识到可以生产复杂的形状，车床或冲压机无法尝试，”德文郡说。“在理论上，它也可以混合不同的原材料并用已经到位的所有组件打印完全组装的复杂物品。
“想象一款可从材料混合印刷的手机，包括塑料和金属和陶瓷，三维完整和功能，包括所有电路板甚至包括电池，”德文队指出。“或者，考虑带有所有内部组件的汽车仪表板，例如布线线束，拨号和旋钮，从准备安装的打印机中出来。”
这些潜在的应用还需要几年的时间。然而，工程师们现在需要开始考虑增材制造。
“3D打印消除了工具的工具成本，”Redeye的高级产品经理“Stratasys Ltd.的高级产品经理”Tim Thellin Notes Tim Thellin“它还为工程师自由设计了设计复杂的几何形状，这是不可能的与传统制造技术建立，提高整体零件质量和性能。“
此外，工程师可以将多个组件或组件整合到一个部件中，消除时间和组装成本。
Solid Concepts Inc.市场营销副总裁Scott McGowan表示:“整合是我们行业的一个关键术语。我们如何使这一部件更轻、更强，并包含所有必要的功能?增材制造提供了这个解决方案。
“合并意味着削减手工劳动力，加工时间和装配工作，这又意味着节省成本，并打开更好的门，更好地设计，”麦克文争论。“'经常失败，'我们说，因为添加剂制造给你一种经济的方式，以快速失败并更快地成功。”
动态的市场
添加剂制造不仅仅是一种时尚。事实上，该技术预计未来十年的跨越式增长和界限。随着3D打印速度和材料质量的改善，更多的制造商将采用该技术。
根据Freedonia Group Inc.，全球3D印刷设备市场，材料和软件的市场将在现在和2017年之间每年增长21％，达到50亿美元。一些最快的增长将在医疗市场中看到，特别是对于牙牙，桥梁，桥梁，冠和假体等牙科应用。3D印刷技术的其他大市场包括汽车，航空航天，电子产品和消费品，如珠宝和玩具。
医疗设备应用包括定制的助听器，矫形植入物和完全匹配病人解剖结构的牙齿矫正。“增材制造使医疗设备公司能够快速进行原型和测试，这在一个高度监管的行业中非常重要，”Thellin说。“改进很简单，只需更新零件的CAD文件，然后打印出一个新零件。
“此外，医疗设备公司通常销量较低，”Thellin指出。“如果一家公司的产量只有1000台以下，那么投资一种注塑工具并不总是有意义的，尤其是在设计变化风险很高的试运行阶段。”
航空航天和国防制造商也已成为3D印刷的早期采用者，特别是对于非结构部件和更换部件。
空中巴士运营公司创新单元副总裁Peter Sander称:“未来的飞机将拥有由使用添加剂层制造技术打印的复杂部件组成的机身。”
“从原型到最终用途零件，航空航天通过生产复杂的几何形状并将多个部件与一部分组合成一个部件来利用与添加剂制造相关的时间和成本节约，”Thellin说。“航空公司公司介绍了许多新的3D打印应用，如碳纤维上篮，制造工具和风洞建模。”
过程变量
存在几种不同的添加剂制造工艺。并且，少量材料可用于打印零件和子组件。每个选项都有优缺点，工程师必须仔细考虑。
“虽然在不同的3D打印技术之间的过程中存在相似之处，但并非所有打印机都同样适合同一目的，”IDTechex高级技术分析师Wendy Kneissl警告Wendy Kneissl。选项包括电子束添加剂制造，融合沉积建模（FDM），选择性激光熔化（SLM），选择性激光烧结，立体光刻（SLA）和超声添加剂制造。
SLA是最早的添加剂制造商业方法之一。“[它]是3D打印的最高分辨率之一，”kneissl。“因此，它是由设计工程师进行原型特写目的的人。
“然而，机械工程师更喜欢FDM方法，这采用了他们熟悉的工程热塑性塑料，”Kneissl补充道。FDM使得几乎任何尺寸的组件都可以生产，因为没有预先确定的空间要求来构成任何限制。
电子束添加剂制造由航空航天制造商的青睐，如洛克希德马丁。它是生产大规模，近净形零件的理想选择，由Inconel，钽，钛和其他高价值金属制成。“该过程可以替换长期的连续时间成分或将以前是许多组件的内容替换为单个预制件，”Sciaky Inc.的销售经理Bob Salo说
使用SLM，激光辐射在粉末床上被逐步扫描，追踪出这一特定层内组件的形状。在激光辐射冲击粉末的任何地方，金属粉末首先熔化，然后固化，形成一个固体块，因为组件是一层一层地堆积起来的。
选择性激光烧结是在德克萨斯大学的20世纪80年代中期发明，并在20世纪90年代末商业化。“选择性烧结采用二极管泵浦光纤激光器，使工程师能够处理更高的熔融点合金，以及北美洲公司EOS高级副总裁Andy Snow说，例如铝和钛等反应合金。”
“我们的过程最好利用来生产不能通过传统制造方法制造的复杂几何形状，”雪花。“这是设计驱动的制造，而不是制造驱动的设计。它为制造商提供了在需求下功能整合和定制产品的能力。“
超声添加剂制造是一种相对较新的过程，但它具有很大的潜力。它使用声音合并从无特色箔库存中汲取的金属层。该过程适用于各种金属，如铝，铜，不锈钢和钛。在组合添加剂和减数工艺能力时，它可以创造深槽，空心，格子，蜂窝状内部结构和其他复杂几何形状。
“[现在与2025年]，立体缩影和FDM方法将继续享受市场的大部分份额，尽管激光和电子束技术将发生显着增长，尽管来自更小的安装基地，”预测kneissl。
材料问题
在材料方面将发生未来几年的最大变化。传统上，由于成本和多功能性，塑料是用于3D打印的最常见的原料。但是，许多物品现在可以在铝，陶瓷，玻璃，纸，不锈钢和钛中印刷。
“每种3D打印技术都与不同类别的材料兼容，这些材料具有不同的耐温性、拉伸强度、断裂伸长率和耐化学性，”Kneissl说。“(工程师)需要根据材料、分辨率和其他要求匹配应用程序，并相应地选择一种技术。简单地选择具有足够构建容量的最便宜的打印机可能会造成代价高昂的错误。
Kneissl声称:“对于任何(增材制造)技术来说，实现3D打印物体的理想机械、热和耐化学性能是工艺参数和原料材料性能之间复杂的相互作用。”“(工程师们)想要用3D打印他们所使用的材料，并希望最终的性能与传统制造方法(如塑料注射成型)相匹配。然而，这并非易事。”
塑料如丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS），聚乳酸（PLA）和尼龙是3D印刷中使用的第一类材料，并且仍然是最简单的工作。根据Freedonia集团的说法，塑料将继续考虑到大部分材料需求，但基于其更大的力量和抵抗，以及航空航天等市场的快速收益，金属的增长更快。
由于最近对FDM的高性能材料的进步，如尼龙12和聚醚酰亚胺，汽车工程师已经开始3D印刷管道工作和内部部件。
固体概念公司的麦高恩说:“在过去的十年里，材料有了令人难以置信的发展。”“可用于增材制造工艺的材料远远超过普通桌面3D打印机可用的PLA灯丝。我们使用钴铬、铬镍铁合金、聚醚酰亚胺和聚醚醚酮等材料进行打印，这些材料都非常耐用、耐化学腐蚀、质量上乘。”
“3D printers continue to get faster and more economical with an almost Moore’s Law regularity,” adds Buddy Byrum, vice president of product and channel management at 3D Systems Inc. “SLA 3D printing has doubled in speed about every 18 months over the last 10 years, approaching speeds for some parts that are nearly comparable to injection molding.
“已经存在的广大工厂级材料以解决众多的最终用途应用程序，并定期释放新材料以扩大能力，”Byrum指出。“今天，我们用100多种不同的材料进行3D打印，从食品配料和蜡到各种塑料和金属。”
工程师们正试图弄清楚如何一次用一种以上的材料打印物体。事实上，目前有些打印机可以同时处理两种以上的类似材料，比如两种塑料。当有一台机器可以打印金属、塑料和其他不同的材料时，这一重大突破就会出现。
“大多数打印机无法有效地处理多种材料，”康奈尔大学机械和航空工程与计算机科学副教授Hod Lipson Notes Hod Lipson。“这也很难找到相互兼容的材料。例如，在相同的打印机中出来的导电铜和塑料需要不同的温度和固化时间。
“材料的更加异常，设计空间越激动，”刘雄也可以作为康奈尔创意机械实验室的主任。“发展将继续逐步。我们将看到越来越多的材料可用于3D打印。“但是，Lipson认为，一机 - 罐头的IT - 所有概念仍有五年的景点。
事实与小说
不幸的是，添加剂制造被无数的神话和误解所包围。例如，一些技术传道者正在鼓吹“装配线的终结”。他们声称，这项技术很快就会像个人电脑、手机、笔记本电脑和其他设备一样普及，消费者可以在家里打印各种产品。
“不熟悉这项技术的人认为，你可以启动3D打印机，按一个按钮，在一个小时内打印出一双新鞋，”红眼公司的塞林说。“事实并非如此。首先，你必须能够根据技术进行设计。其次，构建时间比人们预期的要长得多。
“在制造商和工程师中，期望是不现实的，”Thellin索赔。“我们的客户没有使用3D打印的客户经常预期FDM技术的注塑饰面，因为它使用了相同的工程级热塑性塑料。但是，由于它是一种添加剂技术，因此有层线。“根据应用，一些部件必须完成和涂漆。
“精确度和公差是一样的，但顾客不习惯审美，”Thellin补充道。“一些客户还会像设计传统制造技术一样设计3d打印部件。他们继续在可制造性设计规则的约束下进行设计，而这些规则中的许多并不适用于3D打印技术。他们拥有比以前更多的设计自由，只是他们没有意识到。”
“关于添加剂制造的最大误解是所有3D打印机都可用于实际的制造应用，”EOS的雪说。“术语”添加剂制造“并不一定意味着。
“相信，专利期限将刺激大量竞争，在大幅降低的市场价格上，”雪花。“对于激光烧结技术，这根本不是这种情况。虽然有可能想要开发自己的激光烧结技术的团体，但他们不明白激光单独的是多么昂贵，而且难以介意围绕它的平台，除了质量控制措施。“
随着增材制造技术超越了原型制造阶段，工程师们正在争论:“在什么情况下，3D打印技术才能与塑料注射成型和其他形式的大规模生产相媲美?”
“我认为这是一个错误的问题，”康奈尔大学的利普森说。根据零件的复杂程度，答案可能在1000个左右。
“But, it’s better to ask ‘How can I take advantage of 3D printing’s ability to create a huge variety of complex parts that would not be viable using traditional mass production techniques?’ Companies that can answer that question in an interesting way can create a new business model.”
另一个误认为是3D打印对于严肃的制造操作来说太慢了。“生产级3D打印机现在提供大量打印平台（高达1,500毫米），能够在几小时内制造数百个常规物品，无论是所有相同还是全部独特，”3D系统说’ Byrum.
另一个误区是，3D打印的零件成本比传统制造工艺更高。Byrum说:“将3D打印用于制造的关键是利用3D打印固有的设计自由和无限的几何自由，重新思考整个产品设计和制造策略。”“仅仅用3D打印机取代传统的制造方法，同时保留围绕传统制造限制开发的原始产品设计，通常是没有意义的。”
无限的设计自由，产品性能的新水平，增加的价值和竞争力，可以带来市场。Byrum解释道:“大量的sku可以大幅减少，从而提高生产效率，降低总成本。
Byrum指出:“无需加工，减少了前期的固定制造投资。”“而且，产品修改可以在任何时候进行，而无需在硬工具上进行额外投资。简而言之，3D打印无需考虑设计的复杂性。”
实际应用
添加剂制造可用于在可想而知的任何类型的部件或组件中。一些支持者甚至展示了印刷整个枪支，汽车和飞机的方法，这引起了广泛的媒体关注。
但是，大多数应用程序都没有那么吸引人，而且更加实用。例如，通用电气一直引领着增材制造的潮流。该公司最近宣布了一项雄心勃勃的计划，将使用3D打印机为下一代LEAP客机发动机生产燃料喷嘴，该发动机将于2016年投入使用。
喷嘴预计比使用常规生产技术生产的喷嘴更轻。GE航空工程师计划每发动机打印最多19个喷嘴。添加剂制造将允许它们使用更简单的设计，从而将钎焊的数量减少到25到五°。
火箭引擎部件也在用类似的技术制造。太空探索技术公司(Space Exploration Technologies Corp.， SpaceX)计划为其SuperDraco推进器打印部件，该发动机将为“龙”号飞船的发射逃逸系统提供动力，使其能够以极高的精度推进着陆在地球上。所有18个推力器的铬镍铁合金部件将用直接金属激光烧结制造。
SpaceX首席设计师兼首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)表示:“通过3D打印，可以以传统制造方法的一小部分成本和时间制造出性能强劲的发动机部件。”“(我们)正在推动增材制造在21世纪的发展，最终使我们的汽车比以往任何时候都更高效、更可靠、更坚固。”
增材制造通常用于更实际的应用。例如，MBX Systems公司的工程师就使用这种技术来制作新产品的原型。MBX是一家领先的定制服务器设备和存储解决方案制造商。他们已经能够节省数周的时间来创建机械部件模型，如电池备份安装支架、主板输入输出屏蔽和保护外部连接器端口的盖板。大部分零件采用ABS塑料印刷。
MBX Systems工程总监杰夫•拉基特(Jeff Luckett)表示:“我们(去年)开始使用3D打印，因为我们对外包定制设计的零件原型的交付时间和成本感到失望。”“如果第一次运行时的契合度和质量不合格，整个循环将会重新开始，直到准确无误，而这些延误将会减慢我们客户的上市时间。”
“The 3D printer also allows us to provide a better out-of-the-box experience for our customers, since we can send a more complete prototype, and it doesn’t arrive with a gaping hole where the custom part belongs,” Luckett points out.
“我们的3D打印机在系统原型中节省了数周，由于自定义零件的快速物理验证，”Guindett。“例如，当部分样品由外部供应商制造在金属中时，他们花了三到六周到达，并且返工可能只需要很长时间。使用我们的3D打印机，我们更快地获得概念证明，并越早将客户转化为生产。“
节省了显着的成本。“从金属到塑料并做出自己的零件，我们自己将零件成本降低了90％，”索赔兰德。“可能花费3,000美元的外包现在是300美元的印刷内部。此外，通过让客户越早进入生产，它反映在我们的收入中。“
一群康奈尔大学生最近3D打印了一个工作扬声器，无缝集成塑料，导电和磁性部件。当出于打印机时，该设备几乎可以立即使用。
“这个简单的演示只是冰山一角，”利普森说。“3D打印技术可能会从打印无源部件转向打印有源集成系统。与用零配件组装消费产品不同，功能完整的产品将按需立即生产出来。”
迪士尼研究同意的工程师与Lipson。他们正在尝试用途来打印静电扬声器，这些扬声器可以从橡胶鸭子到抽象螺旋中的橡胶喇叭。
扬声器技术可用于向玩具，游戏或其他消费产品添加声音。由于产生可听声音的同一扬声器也可以产生听不清的超声波，所以可以识别和跟踪对象，以便它们可以集成到交互式系统中。
该实验室位于卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)，博士后研究员石黑吉男(Yoshio Ishiguro)说:“用户可以在不显著降低音质的情况下触摸或拿在手里，因此简单的触觉反馈也可能成为可能。”
扬声器基于静电扬声器技术，该技术首次在20世纪30年代初开发，但从未被广泛采用过。这种类型的扬声器比传统的电磁扬声器更简单，并且不包括移动部件，这使得适用于添加剂制造。
简单的扬声器需要很少的装配，但即使是这些手动步骤也可能会在未来淘汰。“在五到十年中，一种能够使用导电材料的3D打印机可以创造整个件，”Ishiguro预测。
石黑一雄和他的同事们通过喷涂镍基导电涂料创造了导电表面。他们开发了一种方法，使用3D打印产生的负模，并在其上喷涂导电涂料和聚乙烯涂层，来制造全身顺应膜片。一旦多材料3D打印机被开发出来，可以打印出功能电路和电极，这些手动步骤就可以被消除。
