以及3D打印技术可能给玩具行业带来的影响澳门皇

3D打印技术已经成为当今工业领域的热门话题。《中外玩具制造》2013年3月号也刊文介绍了这项技术在全球的发展状况,以及3D打印技术可能给玩具行业带来的影响。那么现在3D打印在玩具行业处在什么样的地位?具体应用情况怎样?3D打印在实际运用过程又会遇到哪些困难?未来又会有什么样的前景?带着这些疑问,记者和几家企业相关负责人进行了探讨。

自2012年以来,3D打印技术出现了新一轮的研究开发热度期,并且,其热度远远大于第一次的热度。在这次热度中,3D打印技术的研究与应用如火如荼,对3D打印技术的宣传几乎做到了妇孺皆知。前沿数控技术邀请了华南理工大学机械与汽车工程学院刘斌教授为大家权威解读3D打印技术,使国人充分了解3D打印技术的实质及存在的本质问题,从而做到客观、公正、冷静、充分地了解3D打印技术。 存在成本高、工时长的软肋 3D打印仍是比较昂贵的技术。由于用于增材制造的材料研发难度大、而使用量不大等原因,导致3D打印制造成本较高,而制造效率不高。 目前,3D打印技术在我国主要应用于新产品研发,且制造成本高,制造效率低,制造精度尚不能令人满意。3D打印目前并不能取代传统制造业。在未来制造业发展中,“减材制造法仍是主流”。 在规模化生产方面尚不具备优势 3D打印技术既然具有分布式生产的优点,那么相反,在规模化生产方面就不具备优势。目前,3D打印技术尚不具备取代传统制造业的条件,在大批量、规模化制造等方面,高效、低成本的传统减材制造法更胜一筹。 现在看来,想用3D打印作为生产方式来取代大规模生产不太可能。且不说3D打印技术目前尚且不具备直接生产像汽车这样复杂的混合材料产品,即使该技术在未来取得长足进步,完全打印一辆车只怕要耗时好几个月,在成本上远远高于大规模生产汽车时均摊到每辆汽车上的成本。 所以,对于生产有大量刚性需求的产品来说,具有规模经济优势的大规模生产仍比重点放在“个性化、定制化”的3D打印生产方式更加经济。 打印材料受到限制 3D打印技术的局限和瓶颈主要体现在材料上。目前,打印材料主要是塑料、树脂、石膏、陶瓷、砂和金属等,能用于3D打印的材料非常有限。 尽管已经开发了许多应用于3D打印的同质和异质材料,但是开发新材料的需求仍然存在,一些新的材料正在研发中。这种需求包含两个层面,一是不仅需要对已经得到应用的材料—工艺—结构—特性关系进行深入研究,以明确其优点和限制;二是需要开发新的测试工艺和方法,以扩展可用材料的范围。 精度和质量问题 由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善,其打印成型零件的精度(包括尺寸精度、形状精度和表面粗糙度)、物理性能(如强度、刚度、耐疲劳性等)及化学性能等大多不能满足工程实际的使用要求,不能作为功能性零件,只能做原型件使用,从而其应用将大打折扣。 而且,由于3D打印采用“分层制造,层层叠加”的增材制造工艺,层与层之间的结合再紧密,也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美,而零件材料的微观组织和结构决定了零件的使用性能。 为什么3D打印技术只有到上世纪80年代末才开始出现商品化的设备? 3D打印技术的核心思想*早起源于美国。早在1892年,J.E.Blanther在其专利中曾建议用分层制造法构成三维地形图。1902年,CarloBaese的专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。1904年,Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线,然后将这些硬纸板粘结成三维地形图的方法。20世纪50年代之后,出现了上百个有关3D打印的专利。

主持人:本刊记者 石通刚

采用3D打印制造三维地形图 现代3D打印技术的出现,起源于二十世纪八十年代中后期。此后,3D打印技术有了根本性的发展,出现了更多的专利。如:1986年Hull发明了立体光固化成型(SLA,StereoLithographyAppearance),1988年Feygin发明了分层物体制造,1989年Deckard发明了粉末材料选择性激光烧结技术(SLS,SelectiveLaserSintering),1992年Crump发明了熔融沉积成型技术(FDM,FusedDepositionModeling),1993年Sachs在麻省理工大学发明了3D打印技术等。 随着各类3D打印专利技术的不断发明,其相应的生产设备也被相继研发而出。如:1988年,美国的3DSystems公司根据Hull的专利,生产出了世界上第一台现代3D打印设备——SLA-250,开创了3D打印技术发展的新纪元。在此后的多年中,3D打印技术蓬勃发展,涌现出了十余种新工艺及相应的3D打印设备。 那么,为什么3D打印技术只有到上世纪80年代末才开始出现商品化的设备呢?本文作者认为,主要原因有两点: 与三维CAD软件有关。由于3D打印技术采用分层制造的原理,因此,被制造零件的各层截面数据的来源是非常重要的。只有三维CAD软件的成熟,才能轻松、方便、快捷、随意地获取被制造零件的任意截面的数据。因此,只有到了上世纪80年代末,成熟的三维CAD软件为3D打印技术提供了数据保障。 与相关材料有关。由于3D打印技术采用“分层制造,层层叠加”的制造原理,因此,3D打印材料的性能需满足“制造每一层时的材料结合效果、层与层之间的材料结合效果”较好的要求,并与其打印成型工艺相适应。 为什么说材料是3D打印技术的核心? 3D打印技术是一种跨学科的交叉技术,打印材料是该技术的核心。一种材料的出现,直接决定了其三维打印的成型工艺、设备结构、成型件的性能等。从1988年的立体光固化成型技术的出现到当今的三维打印成型,都是由于某一种新材料的出现而引起的,如:液态光敏树脂决定了SLA工艺与设备,薄层材料决定了LOM工艺与设备,丝状材料决定了FDM工艺与设备等。由于材料在物理形态、化学性能等方面存在差别,才形成了今天3D打印材料的多品种和3D打印的不同成型方法。 3D打印技术在这几十年的发展中,新材料是3D打印技术的重要推动力。全世界从事3D打印技术的公司和大学等都在积极地研发用途更为广泛、打印成型更为简便的新材料。 为什么说3D打印不能用于批量化生产? 3D打印技术对传统制造技术的替代作用不强。虽然在部分产品的小批量生产和模具生产上颇有优势,但在大批量生产上,3D打印的速度和成本都比不过传统制造方式。 另外,3D打印材料品种的单一和昂贵的成本,使其局限于对价格敏感度不高的产品,市场应用领域有限。 当然,不可否认3D打印技术的魅力:不需要复杂的工艺,不需要庞大的机床,不需要众多的人力,能直接从计算机的三维图形数据生成实物零件,使生产制造得以向更广的人群延伸。因此,可以乐观地预测,“只要有合适的材料,3D打印机将来不是要取代某一个制造业,而是要取代所有的制造业。” 但是,相比于传统制造工艺,3D打印效率还是很低,成本依然很高。并且,打印效率与打印质量也呈现负相关关系。如果需要非常高的打印精度,打印速度就会变慢,效率则会很低。基于这样的打印特征,3D打印只能用于单件、个性化产品的生产,不能用于大批量产品的生产。如果是工业企业的大规模化生产,一定是选择性价比*高的模具化生产。 对于3D打印,争议比较多的是,它是否会引起生产模式的变化?譬如,一件复杂产品的设计变成了计算机的三维数据模型,工艺由打印机完成,普通大众不用学习传统的复杂制造工艺,只需要操作计算机就可以生产出实物产品,这样,大工厂的流水线生产模式可能又回归到原始的家庭作坊。对此,有*指出,3D打印可以生产的产品实际上还是受限制的,达不到大规模生产的地步,后者仍需要通过传统的集中生产来进行。但是,对一些使用比较少的部件或零件,3D打印应该是一个比较好的方式。因此,3D打印所起到的作用,更多的是个性化生产,而不是大规模制造。千万不要有3D打印的出现,就有否定传统制造工艺的想法。对于大规模制造而言,铸造、锻造、模具成型都不可替代。成本上竞争不过,质量上、稳定性上更不用说。所以在现阶段,3D打印是在某些特定情况下使用,不能用于批量化生产。

特约嘉宾:

采用3D打印技术生产的个性化产品 为什么说3D打印不能替代传统的制造工艺? 通常,制造业特别是金属制造业采用的是减法工艺,即通过车、铣、刨、磨、钻等金属切削工艺对被加工件进行减材制造。而3D打印则采用的是加法工艺,即通过不断地进行材料的有序堆积,*终加工出成品,因此,3D打印也被称为增材制造。而3D打印与传统加工工艺的差别也就体现在这“增减”上。 3D打印的特有优势也体现在这加法工艺上。譬如说,几乎可以百分之百地利用原材料,制造出传统工艺无法实现的特殊结构的产品,因而节省开模费用,在小批量生产上具有成本优势,在新产品研发过程中可以快速制造原型件或样品,可以实现分布式制造等。的确,3D打印技术的这些优异特点无疑是传统制造工艺难以实现的。如果一台3D打印机具备这些特点,无疑将会对传统的制造工艺带来强劲的冲击,甚至颠覆性的变化。 但是,迄今为止,人们常常规避3D打印在规模制造中的经济性这一关键指标。譬如说,制作飞机舷窗样件,3D打印的成本是传统开模成本的*之一,同时省去很长的开模时间。但是,飞机高昂的研发成本是靠批量摊薄的,这个数字应该远远不止十架,传统加工方式的优势就显现出来。再譬如,饮誉二战的远洋货轮“自由轮”,战时共制造了2751艘,随着工艺和管理水平的提升,“自由轮”的建造时间从*初的244天,缩短到平均42天,*快记录是4天15小时30分钟,这是大规模工业化制造的经典之作。 同时,我们还应该注意的是,3D打印设备与工艺的紧耦合现象,即3D打印设备很难做成通用设备。这在塑料熔融沉积成型工艺中比较突出,要根据不同的打印原料更换相应的打印头,甚至是打印机。这种非通用的特点,削弱了3D打印的分布式制造色彩,毕竟,并不是所有3D打印的支持者都有经济实力来购置多台3D打印设备的。如果3D打印不能在足够多的制造领域替代传统的制造工艺,那么,就要慎言3D打印技术将颠覆整个传统制造业了。 事实上,既然3D打印无法完全替代传统制造工艺,那么,从产业高度看,传统制造技术和3D打印技术就应该是互补技术,只不过在不同的制造领域或者不同的产品制造上,两者在产品制造过程中工艺占比不同罢了。 为什么说3D打印技术不能替代传统的制造产业? 在传统制造业领域,开模是一件非常令人头疼的事情,耗时长、难度大、成本高。而3D打印技术的优势恰恰体现在产品设计方面。凡是能够设计出来的任何复杂的个性化产品,都能够通过3D打印技术把模型样件打印出来,甚至直接生产制造出产品。 3D打印技术虽然能够打印出我们所需要的多种产品,但是从成本核算、材料约束、生产效率、工艺水平、产品性能等多方面因素综合比较来看,3D打印并不能够替代传统的生产方式。 3D打印的核心意义体现在两个方面: 一是传统生产方式不能生产制造的个性化、复杂、高难度产品,通过3D打印技术都能够直接制造; 二是虽然传统方式能够生产制造,但是投入成本太高,周期太长,通过3D打印技术可以实现快捷、方便、缩短周期、降低成本的目的。 3D打印能够解决传统技术所不能解决的技术难题,对传统制造业的转型升级和结构性调整将起到积极的作用。

广东实丰玩具实业公司设计总监 杨琰哲

3D打印通过与铸造技术相结合,快速铸造出发动机的部件 但是,传统制造业所擅长的批量化、规模化、精益化生产,恰恰是3D打印技术的短腿。同时,3D打印技术在原材料、精密度、工艺稳定性等诸多方面还面临着瓶颈。因此,3D打印技术将替代传统制造业并不现实,一是成本并不划算,达不到规模化的要求;二是3D打印也不可能使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具。3D打印技术作为传统生产方式的一次重大变革,是传统生产方式有益的补充。 宣扬“3D打印技术将完全取代传统制造业”这种观点是一种严重的误导,既不科学,也不符合实际,是不可能做到的。关键原因在于,我们生产生活中所需要的任何商品都具有功能性,而任何功能性的商品都是由不同的材料制造而成的。我们生产生活中需要很多种类的商品,但是,我们每一个家庭不可能都成为工厂,去采购许多种材料。如果我们需要的任何东西都靠自己打印制造,首先是成本将大大超过商场中购买的同类商品;其次,传统制造业经过数千年的发展,在生产工艺等方面都比3D打印技术更为成熟。 为什么说3D打印只是增材制造技术的一个分支? 增材制造(AdditiveManufacturing,简称AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实物零件的技术,相对于传统的材料去除加工技术,是一种“加法”的制造方法。 近二十多年来,AM技术取得了快速的发展,“快速原型制造(RapidPrototyping)”、“3D打印(3DPrinting)”、“实体自由制造(SolidFree-formFabrication)”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。 快速成型(RapidPrototyping,简称RP),诞生于20世纪80年代中后期,是一种基于材料堆积的新型成型技术,被认为是近20多年来制造领域的一个重大成果。它可以自动、直接、快速、*地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。 目前,国内传媒及*学者习惯把快速成型技术叫做“3D打印”或者“三维打印”,显得比较生动形象,但实际上,“3D打印”或者“三维打印”只是快速成型的一个分支,只能代表部分快速成型工艺。

深圳市茂登科技发展有限公司总经理 曾宽坤

增材制造的范围图 美国材料与试验协会F42国际委员会对增材制造和3D打印有明确的概念定义:增材制造是依据三维CAD数据将材料连接制作物体的过程,相对于减法制造,它通常是逐层累加过程。3D打印是指采用打印头、喷嘴或其他打印技术沉积材料来制造物体的技术,3D打印也常用来表示“增材制造”技术,在特指设备时,3D打印是指相对价格或总体功能低端的增材制造设备。 从广义的原理来看,以设计数据为基础,将材料(包括液体、粉材、线材或块材等)自动化地累加起来成为实体结构的制造方法,都可视为增材制造技术。 为什么说3D打印技术的服务市场有限? 整个增材制造市场,可按价值链划分为设备、材料和服务三个大类。 2012年,设备市场6.2亿美元,占比并不大,约占市场容量的28%,包括设备硬件、软件、系统更新、售后支持等;材料市场4.2亿美元,占19%;服务市场则占54%,主要来自服务供应商利用设备进行材料加工的零部件收入。 据有关数据显示,下图为各国3D打印设备产业及安装统计数据。2012年,中国3D打印产业实现产值3亿元左右,全球约100亿元。中国3D打印技术产业联盟透露,2013年中国3D打印产业产值突破10亿元,未来中国将成为全球*大的3D打印技术市场。

大震工业设计有限公司总经理 陈华胜

各国3D打印设备产业及安装统计数据(1988~2012年) 实际上,3D打印市场曾长期面临容量有限的状况,全球总产值曾长期徘徊在10亿美元左右。据沃勒斯同仁公司的推测,到2019年,全球3D打印产品和服务的收入将达69亿美元,其中零部件制造业务预计将占80%。从这个角度来说,3D打印产业的发展还有一段很长的路要走。 3D打印可以在比较短的时间内制造一个实物样件出来,其效率是高于传统工业加工手段的,因此它适合小批量制造或是产品原型的快速开发。从成本曲线来看,除去设计成本,其生产成本接近于水平线。传统制造手段前期投入很大,但其成本会随着产量的增加而迅速摊平,因此成本曲线左高右低。这种简单的现实决定了3D打印和传统制造有各自的价格优势区。只有在生产数量低于一定限度的情况下,3D打印才有成本和时间优势可言,这也就是它的商业价值所在。 目前,国内市场购买3D打印机的主要群体主要集中在工业客户上,如商业交通工具、航空航天、电子消费品、教育、文创、医疗、制鞋、家电等行业,如图所示。

中外玩具制造:3D打印技术现在玩具行业中的应用如何?它与传统的制造方式有什么区别?

3D打印的应用领域及其份额 3D打印机的定位一直是研发设备,应用在新产品开发的前端,用来做手板模型。因此,现在市场上超过90%的装机客户都是工业客户。民用客户(个人3D打印机客户、家庭3D打印机客户)的数量虽然在递增,但是装机量还是非常少。 另外,由于三维打印材料和固有工艺原理的限制,打印出来的零件的性能非常受限,尤其是其精度、力学性能等还不能完全满足功能件的要求,因此,三维打印技术的服务市场还是有限的。如三维打印金属零件,如果这个金属零件是常规的工程零件(如齿轮、曲轴、手柄等),可用传统的制造工艺加工出来,那么用三维打印制造这个金属零件,无论从原材料成本、加工成本、生产效率、零件精度、零件性能等方面都没有优势,因此,三维打印金属零件需找准其服务市场定位(如航空航天工业用的金属零件、医疗器械类金属零件、军工类金属零件等),才具有一定的实际生产意义和生产效益。 为什么3D打印技术又出现新的一轮火热? 早在二三十年前,3D打印技术就已经能用树脂、塑料、石膏等材料制作三维产品了。近几年,由于3D打印可处理的材料范围扩大到了金属材料和生物医学材料,而且成功地将几十年前就有的工艺技术重新组合利用,例如结合信息技术,使用激光和电子束进行表面工程和增材制造。此外,由于激光、振镜、热喷头和电子枪等关键元器件品质不断提高等原因,使得3D打印技术更加成熟。而在2012年,美国总统奥巴马宣布实施振兴美国制造的新举动,成立了3D打印创新研究院,同时奥巴马政府将3D打印技术作为其重振美国制造业的重要支撑技术之一。 赶着这股热潮,在中国,3D打印改变过去“政府不疼,市场不爱”的萎靡态势,一下子跃为政府、产业界、学界、资本市场等各方的心头爱。人们开始相信,“小批量与个性化”代表着迅速积累的财富、不可思议的传奇和摧枯拉朽的颠覆。乐观者表示,未来我们的模具制造行业、机床行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰,而取代他们的就是3D打印机,致使3D打印技术又出现新的一轮火热。 为什么说有人称3D打印技术能带来“第三次工业革命”? 3D打印是对传统制造业的一种颠覆性变革,有人甚至将3D打印机看成是第三次工业革命的影子,与蒸汽机和电力相提并论。 很显然,与传统制造相比,3D打印的制作工序、个性化需求及人力成本具有颠覆性变革意义。从操作工序上来说,传统的制造工艺是对原材料进行剪裁、拼接后连接而成,而3D打印是通过软件设计,一层一层堆积材料把产品做出来。3D打印通过将材料层层堆积的方法直接制造复杂的塑料制品、金属零件和合金元件等,而不是像以前那样对材料进行切割、锻打和弯曲等工艺,不再需要工序麻烦地制作很多不同的元件,然后再去组装它,可以不用传统的大规模机床来制造小型的零部件。 从制造模式来说,过去是生产线规模化生产,今后则可能更多的是个性化的定制生产,产品上市时间缩短,同时不再需要库存大量的零部件,也不需要大量生产。 3D打印适应越来越苛刻的个性化消费需求。传统的大批量制造生产几乎能够提供任何人们*基本的吃穿住行玩等消费产品,但是这些产品都是标准化的,比较千篇一律,在个性化方面已经无法满足人们日益增长的需求。而手工生产的个性化东西虽然地道,品质精良,内涵丰富,但是手工制造耗时巨大;而3D打印技术既可以满足人们对个性化产品的追求欲望(如市面上买不到某件产品,3D打印机或许可以满足你的心愿),还可以大大提高产品的生产效率。 从生产成本来说,3D打印无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机的三维图形自动生成实物零件,从而极大地缩短了产品的研制周期,大幅减少了材料的浪费,提高了生产效率,降低了生产成本;它还可以制造出传统生产技术无法制造的、形状结构极其复杂的零件。另外,3D打印极大地解放了劳动力,一个技术工人可以看管数台打印机,就像纺织工人看管织布机一样,可以节省大量的劳动力,而劳动效率却有数倍甚至数十倍的提高。 正因为具备上述特点,3D打印被认为是先进制造技术和生产方式变革的产物。 眼下,智能软件、新材料、机器人、新制造方法及基于网络的商业服务模式这五大要素,正共同推动制造业向数字化方向发展,我们即将迎来第三次工业革命。 正因为如此,美国政府捷足先登,将3D打印揽入怀中,试图成为新一轮工业革命的领导者,继续占据全球工业的制高点。 3D打印技术的关键技术及瓶颈是什么? 3D打印技术的关键技术 3D打印技术的关键技术需要依托多个学科领域的尖端技术,主要包括以下方面: 材料科学。即用于3D打印的原材料较为特殊,必须能够液化、粉末化、丝化等,在打印完成后又能重新结合起来,并具有合格的精度(如尺寸精度、形状精度和表面粗糙度等)、物理性能和化学性质。3D打印完成后零件的性能是由其材料的微观组织和结构决定的,因此,材料是3D打印技术的关键与核心。 信息技术。即要有先进的设计软件及数字化工具,辅助设计人员制作出产品的三维数字模型,并根据模型自动分析出打印的工序,自动控制打印器材的走向;为三维打印设备提供一切所需的打印处理数据,如彩色信息、分层截面信息等,并具有一定的处理速度和精度。 精密机械及元器件。3D打印技术以“每层的叠加”为加工方式,产品的生产要求高精度,必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求;另外,对组成三维打印设备的关键零部件和元器件的精度、速度、使用寿命和可靠性提出了更高的要求。 客观地说,目前3D打印技术尚不成熟,作为一项多学科交叉的高新技术,还需要在各个相关领域投入较大的研发力量,才能掌握完整的核心技术。 3D打印机的发展瓶颈 价格因素 大多数桌面级3D打印机的售价在1万元人民币左右,近来,一些国内的桌面级3D打印机的售价可以低到3000多元。对于桌面级3D打印机来说,由于仅能打印塑料产品,因此,其使用范围非常有限,而且对于家庭用户来说,3D打印机的使用成本仍然很高,因为在打印一个物品之前,人们必须会懂得3D建模,然后将数据转换成3D打印机能够读取的格式,*后再进行打印。 对于工业级的3D打印机,其售价还是偏高,并且打印出来的零件,其精度、物理性能和化学性能等方面与真实功能零件还是具有一定的差距。 原材料 3D打印不是一项高深艰难的技术,它与普通打印的区别就在于打印材料。 以色列的Object是掌握*多打印材料的公司,它已经可以使用10多种基本材料,并在此基础上混搭出100多种材料。但是,这些材料的种类与人们生活的大千世界里的材料相比,还相差甚远。不仅如此,这些材料的价格,便宜的一公斤几百元,*贵的要四万元左右。 另外,对于金属3D打印和生物医疗类3D打印,目前能用的原材料的种类就更少了,并且这几种原材料的价格也是比较贵的。 社会风险成本 如同核反应既能发电,又能破坏一样。3D打印技术在初期就让人们看到了一系列隐忧,而未来的发展也会令不少人担心。如果什么都能彻底复制,想到什么就能制造出什么,听上去很美的同时,也着实让人恐惧。 3D打印存在的悖论 3D打印是采用一层层来制作物品,如果想把物品制作得更精细,则需要每层厚度减小;如果想提高打印速度,则需要增加层厚;而这些势必都会影响产品的精度与质量。若生产同样精度的产品,3D打印同传统的大规模工业生产相比,没有成本上的优势,尤其是考虑到时间成本和规模成本之后。 整个行业没有标准,难以形成产业链 现在,3D打印机生产厂商是百花齐放,如战国时代。3D打印机缺乏标准,同一个3D模型给不同的打印机打印,所得到的结果是大不相同的。 此外,打印原材料也缺乏标准。目前,3D打印机厂商都想让消费者买自己提供的打印原料,这样他们能获取稳定的收入。这样做虽然可以理解,毕竟普通打印机也走这一模式,但3D打印机生产厂商所用的原料一致性太差,从形式到内容千差万别,这让材料生产厂商很难进入,研发成本和供货风险都很大,难以形成产业链。表面上,是3D打印机捆绑了3D打印材料,而事实上,却是材料捆绑了打印机,非常不利于降低成本和抵抗风险。 意料之外的工序 它是指3D打印前所需的前处理工序和打印完成之后的后处理工序。 很多人可能以为,3D打印就是在计算机上设计一个模型,不管这个模型有多复杂的表面和结构,只要按一下按钮,3D打印机就能打印出一个实物成品,其实这个印象是不正确的。真正设计一个三维CAD模型,特别是一个复杂的模型,需要大量的工程、结构方面的知识,需要精细的技巧,并根据具体情况进行调整,譬如塑料的熔融沉积成型打印,如果在一个复杂部件内部没有设计合理的支撑结构,则打印出的零件很可能是会变形的。因此,前处理工序应包括:三维CAD模型的准备、打印成型方向的选择、成型工艺参数的确定等。 另外,3D打印完成之后的后处理工序通常也是避免不了的。媒体将3D打印描述成打印完毕后零件就能直接使用的神器,可事实上,打印完成后还需要一些后处理工艺,如:去除支撑、烧结、组装、切割、表面打磨、抛光、喷涂等,这些后处理工艺通常需要大量的手工工作和处理时间。

曾宽坤:3D打印玩具简单来说就是通过相应的3D设计图纸运用3D打印机打印出玩具。所以3D打印可以简化玩具产品的制作流程,并降低制作成本,缩短新产品从设计到实物的时间,从而不必等待好几周由工厂生产原型产品。在这点上和传统制造方式有很大区别。

杨琰哲:3D打印技术和传统的制造没有什么必然的联系,现阶段3D打印主要应用在设计阶段,而不是用于制造。现在玩具行业很多企业已经开始使用3D打印机,不过大多像我们公司一样是用在产品研发阶段,这主要是因为3D打印成型一个玩具零件至少需要几个小时,效率低,不适合用于大规模的生产。

陈华胜:3D打印玩具技术与传统的制造方式区别很大,传统制造业是在做减法,对原材料剪裁、加工,然后拼接;而3D打印则采用分层加工,叠加成型的加法过程,因此3D打印与传统的加工技术是完全不同的,并且3D打印技术实现了制造业的数字化,在电脑上完成设计,通过叠加连续的材料层,制造出固体物品,所需要的原材料和能源仅为传统生产方式的1/10。此外3D打印技术应用范围极广,从价值不菲的战斗机的重要零部件到价格低廉的儿童玩具都有涉及。

中外玩具制造:你觉得3D打印技术有什么优点?又有哪些不足?

曾宽坤:减少了产品研发到走向市场的时间,也降低了企业因开模不当造成不必要损失的风险;使得产品更加个性化,同时个性化产品的定制对一般消费者来说也不再是难题。上面这些是3D打印的长处,而3D打印的主要劣势是:目前3D打印材料的价格和性能还是有一定的局限性;此外,3D打印大批量走向市场目前还无法实现。

杨琰哲:3D打印可以帮助设计师大幅度提高工作效率,加快产品研发的速度,使得设计师可以随时检验设计品的实样,同时也可以节省人力成本,一人一机就可以完成多人的工作。

目前来讲,3D打印主要不足还是精度问题。打印出来的实样上都有条纹,虽然对于车模、机器人等比较规整形态产品没什么影响,但是对于要求有质感的公仔类模型时就需要打磨掉条纹,而打磨又往往降低了原来质感的效果,这样便无法满足这类公仔收藏者的需求。除此之外,3D打印机的价格也是阻碍其进一步在行业内推广的原因。目前玩具行业在做模时的成形体一般是6~8元/克,如果一个公司一年研发上百款产品,其用的料费一般是几万元,而完成这项工作的3D打印机一台要二三十万元,这需要好几年才能收回成本。

陈华胜:说起3D打印的优势,可以用16个字概括:造价低廉、即想即得、远程制造、造型丰富。首先3D打印玩具不需要用昂贵的模具来生产注塑;其次3D打印玩具可以为客户定制个性化的产品,可以实现即想即得;再者3D打印玩具可以远程传输文件并异地打印,从而减少运输费用;还有便是3D打印是叠加制造技术,它不受模具出模的限制,所以这可以制造曲面更复杂,造型更丰富的玩具产品。但是3D打印机受原料供应等问题的困扰,以致成本偏高,生产速度慢,这便影响了3D打印技术在制造业的进一步推广。在玩具行业同时还面临着如何宣传打印玩具以便吸引购买者,如何扩大3D打印玩具的领域,以及能否进一步开发出达到玩具生产标准的原料等问题。

3D打印出的未经后期处理的玩偶

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中外玩具制造:3D技术的发展会对玩具行业产生哪些影响?

曾宽坤:很多人说第三次工业革命的重要标志是3D打印技术,所以单从这点来说可能在未来会对传统塑胶玩具产生颠覆性的作用。将来玩具行业的竞争将更激烈,产品的开发时间会更短。

杨琰哲:3D技术的发展会使得企业在开发模型的费用降低很多,同时效率会有很大提升。但也可能意味着现在一部分做模型的师傅会失业,因为到时候从有产品概念到出现产品实样只需要设计师和一台3D打印机即可。但是首先3D打印比较复杂,需要专门的软件对接,这些技术对于一般人来说不是特别容易,除去这方面的原因,3D打印还涉及到玩具的三维立体图形,这些图形对于非专业人士来说并不简单;其次3D打印机打印出来的玩具一般就是一种或者几种单调的颜色,还需要进一步的打磨加工和组装才能最终成型,并且这些产品并不一定比市场上传统制作的玩具出售的好;再次3D打印机不能打印出复杂的玩具,而随着科技元素在玩具行业越来越多的应用,3D打印机打印出来的玩具很有可能满足不了孩子们的需求。

陈华胜:随着该技术流行与普及,将来成本降低后,一定能形成较大的规模市场。这种技术一旦普及,大规模的3D打印客户定制个性化的礼品,人人都可以成为生产者,资源和能源的浪费也将大幅减少,这无疑会给未来制造业带来革命性变化。制造业或将向发达国家回流,发展中国家的人力资源优势,规模经济优势和物流优势将不复存在,这将对我国玩具行业造成很大的影响。

中外玩具制造:请问玩具企业应该如何应对可能出现的这些影响呢?

曾宽坤:企业其实也应该把3D打印视为自己企业发展的一个不可或缺的部分。首先,要改变产品,如研发现有产品的数字版及3D打印所需相应的硬软件。其次,要改变制造过程和方法,将现有制造系统智能化自动化,并引入3D制造系统,形成复合体系。现有技术不会完全消失,杂交制造体系在今后将会长期存在。最后,要改变商业模式。这一新工业革命要求完全不同的价值获取与盈利模式,及相关的流程设计、资源配置和组织机构的形式。

陈华胜:对可能出现的这种情况,企业应致力于抢占新兴产业研发等产业链的高端,避免只会造不会制,可以考虑在战略上将3D打印这一核心技术作为企业未来的一部分。企业应积极培养新型人才,为以后的制造转型、升级打下坚实的基础。将3D打印技术与传统制造业结合,这样才能真正发挥它的最大优势。

3D打印出的邦德座驾阿斯顿马丁db5

主持人综述:

3D打印技术的日渐成熟使其在各行业内被运用得越来越得心应手,如今很多玩具厂商已经将3D打印机引入用于产品的研发,但这也并不意味着3D打印玩具的时期已经来临。毕竟如今的3D打印机无论从生产效率还是打印出的玩具种类,都不能满足市场需求。

随着人口红利的消失,中国面临的劳动力短缺问题日渐严重,尤其是对于劳动密集型的玩具制造业来说,近年来人力成本的上升让各企业普遍感受了不小的压力,倘若未来3D打印技术提高了生产效率,或许会解决如今行业内存在的用工荒问题。当然,一旦3D打印机大规模应用,很可能会对现今的玩具产业格局带来巨大影响,到时候国内外不同企业的竞争或将主要围绕着产品的研发以及售后服务等方面展开。

cript 1 3D打印技术已经成为当今工业领域的热门话题。《中外玩具制造》2013年3月号也刊文介绍了这项技术在全球的发展状况,以及3D打印技术可能给玩具行业带来的影响。那么现在3D打印在玩具行业处在什么样的地位?具体应用情况怎样?3D打印在实际运用过程又会遇到哪些困难?未来又会有什么样的前景?带着这些疑问,记者和几家企业相关负责人进行了探讨。

主持人:本刊记者 石通刚

特约嘉宾:

广东实丰玩具实业公司设计总监 杨琰哲

深圳市茂登科技发展有限公司总经理 曾宽坤

大震工业设计有限公司总经理 陈华胜

中外玩具制造:3D打印技术现在玩具行业中的应用如何?它与传统的制造方式有什么区别?

曾宽坤:3D打印玩具简单来说就是通过相应的3D设计图纸运用3D打印机打印出玩具。所以3D打印可以简化玩具产品的制作流程,并降低制作成本,缩短新产品从设计到实物的时间,从而不必等待好几周由工厂生产原型产品。在这点上和传统制造方式有很大区别。

杨琰哲:3D打印技术和传统的制造没有什么必然的联系,现阶段3D打印主要应用在设计阶段,而不是用于制造。现在玩具行业很多企业已经开始使用3D打印机,不过大多像我们公司一样是用在产品研发阶段,这主要是因为3D打印成型一个玩具零件至少需要几个小时,效率低,不适合用于大规模的生产。

陈华胜:3D打印玩具技术与传统的制造方式区别很大,传统制造业是在做减法,对原材料剪裁、加工,然后拼接;而3D打印则采用分层加工,叠加成型的加法过程,因此3D打印与传统的加工技术是完全不同的,并且3D打印技术实现了制造业的数字化,在电脑上完成设计,通过叠加连续的材料层,制造出固体物品,所需要的原材料和能源仅为传统生产方式的1/10。此外3D打印技术应用范围极广,从价值不菲的战斗机的重要零部件到价格低廉的儿童玩具都有涉及。

中外玩具制造:你觉得3D打印技术有什么优点?又有哪些不足?

以及3D打印技术可能给玩具行业带来的影响澳门皇冠金沙直营,3D打印技术既然具有分布式生产的优点。曾宽坤:减少了产品研发到走向市场的时间,也降低了企业因开模不当造成不必要损失的风险;使得产品更加个性化,同时个性化产品的定制对一般消费者来说也不再是难题。上面这些是3D打印的长处,而3D打印的主要劣势是:目前3D打印材料的价格和性能还是有一定的局限性;此外,3D打印大批量走向市场目前还无法实现。

杨琰哲:3D打印可以帮助设计师大幅度提高工作效率,加快产品研发的速度,使得设计师可以随时检验设计品的实样,同时也可以节省人力成本,一人一机就可以完成多人的工作。

目前来讲,3D打印主要不足还是精度问题。打印出来的实样上都有条纹,虽然对于车模、机器人等比较规整形态产品没什么影响,但是对于要求有质感的公仔类模型时就需要打磨掉条纹,而打磨又往往降低了原来质感的效果,这样便无法满足这类公仔收藏者的需求。除此之外,3D打印机的价格也是阻碍其进一步在行业内推广的原因。目前玩具行业在做模时的成形体一般是6~8元/克,如果一个公司一年研发上百款产品,其用的料费一般是几万元,而完成这项工作的3D打印机一台要二三十万元,这需要好几年才能收回成本。

陈华胜:说起3D打印的优势,可以用16个字概括:造价低廉、即想即得、远程制造、造型丰富。首先3D打印玩具不需要用昂贵的模具来生产注塑;其次3D打印玩具可以为客户定制个性化的产品,可以实现即想即得;再者3D打印玩具可以远程传输文件并异地打印,从而减少运输费用;还有便是3D打印是叠加制造技术,它不受模具出模的限制,所以这可以制造曲面更复杂,造型更丰富的玩具产品。但是3D打印机受原料供应等问题的困扰,以致成本偏高,生产速度慢,这便影响了3D打印技术在制造业的进一步推广。在玩具行业同时还面临着如何宣传打印玩具以便吸引购买者,如何扩大3D打印玩具的领域,以及能否进一步开发出达到玩具生产标准的原料等问题。

3D打印出的未经后期处理的玩偶

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