導讀：我可以使用 3D 打印技術來制作數千、數萬或數十萬個零件嗎？越來越多的制造商開始問自己這個問題。他們知道 3D 打印是一種快速、便宜且靈活的工具，可用于制作原型和制作少量獨特零件，但將其用于更大批量是否有意義？

傳統觀點認為，一旦單個零件的產量超過 10,000 份，改用注塑成型或其他傳統生產方法更為經濟。通常，規模經濟會在產量低得多的情況下發揮作用。

△來自機器和材料制造商 Carbon 的樹脂 3D 打印技術已成為大規模生產最終用途零件的首選方法之一（來源：Carbon）

但增材制造具有獨特的特點，在某些情況下，它不僅是更經濟的選擇，而且是生產更好、更高效零件的更快方法。

增材制造大規模生產的想法并不新鮮，它實際上已經在我們下面詳述的知名公司中進行。事實上，制造商已將其大批量產品轉向 3D 打印，主要原因有以下三個：

然而，對于大多數制造商而言，用于大規模生產的 3D 打印根本不具有經濟意義，而且障礙多于優勢。

讓我們來看看大批量增材制造面臨的挑戰，以及今天哪一家制造商成功地實現了 3D 打印數千量級的零件制造。

                                 3D 打印大規模生產的體量

△國際大型3D打印服務公司，如materialise，在增材量產上吃了不少苦頭（來源：Materialise）

在深入探討增材大規模生產的優勢之前，讓我們先定義一下生產型 3D 打印的含義，這并非易事。增材制造什么時候從小批量到大批量制造，超過 1,000 個零件，10,000 個零件？“大規模生產”、“批量生產”或“大量生產”沒有統一的統一定義，因為它取決于行業和產品。

例如，如果你是高端鐘表制造商，3D 打印 300 個鈦金屬外殼是一個很大的體量，但對于大型汽車制造商來說，3D 打印 10,000 個鋁支架只是九牛一毛。

出于本文的目的，我們將考慮打印 500 到 10,000 個零件算作增材批量生產，具體取決于應用。要達到生產水平，操作員必須在單次生產運行中至少打印數百個零件。

用于批量生產的 3D 打印的優缺點

△汽車巨頭BMW 啟動了幾項研究，測試 3D 打印大規模生產此類汽車零部件的可行性，這些零部件專門針對該技術進行了重新設計（來源：BMW）

增材大規模生產為使用它的公司帶來了顯著優勢。這些公司已經克服了技術和工藝方面的挑戰，最重要的是，找到了一種完全符合增材大規模生產優勢的應用。

如果您正在考慮大批量 3D 打印，可能會遇到痛點，例如需要更快地將產品推向市場，需要開發功能更好的產品以提升其價值，或者尋求解決供應鏈問題您現有的制造商。

讓我們看看該方法的用途和挑戰。

優點

過渡型制造。在通過常規方法建立大規模生產之前，使用 3D 打印機批量制造零件或產品是一種過渡型制造，是補全產品創意與大規模制造之間差距的臨時措施。這種方法使制造商能夠顯著更快地將新產品推向市場，從而使他們能夠測試市場需求并可能仍然對產品進行更改。傳統制造生產后的更改成本要高得多，因為您已經投資創建模具和工具。3D 打印使您能夠在競爭之前將產品推向市場，即使您仍在進行一些調整。

當您在傳統制造中出現延誤或機器停機時，過渡型制造也是一種備用計劃。使用 3D 打印批量生產產品的選項可以消除停機時間并建立生產冗余，無論您是在內部進行 3D 打印還是將增材制造外包給服務提供商。

△運動品牌Asics 于 2022 年 7 月推出了 3D 打印的 Actibreeze 3D 涼鞋，具有“卓越的涼爽和透氣性”，但根據公司網站，目前尚未發售（來源：Asics）

設計自由。今天，大多數使用增材制造進行大規模生產的公司都選擇了它，因為他們需要生產的零件根本無法以任何其他方式制造。3D打印時零件性能的提升超過了增材制造的更高價格。例如，通過 3D 打印具有內部晶格結構的金屬部件來減小其尺寸和重量，從而在制造成本方面具有優勢。同樣，制造商可以一體式 3D 打印更高效的組件，這些組件以前注塑成型為 10 件并組裝?？傮w成本節省是顯而易見的，即使 3D 打印比注塑成型更昂貴。

大規模定制。增材制造完全獨特的是大規模定制的概念，這意味著生產運行中的每個零件實際上都可以是獨一無二的，與注塑成型的情況不完全相同。在打印之前，增材制造的零件僅以數字 CAD 文件的形式存在，因此您可以在此數字階段輕松修改產品以滿足客戶需求，提供更理想的個性化選項。例如，剃須刀制造商吉列利用 3D 打印技術大規模生產定制剃須刀手柄。大規模定制的另一個很好的例子是 3D 打印牙齒矯正器，一次打印數百個。

生產靈活性。由于傳統制造業缺乏工具或其他生產必需品，3D 打印機可以立即開始生產不同的零件或新版本，從而為制造商節省了與重組工具相關的金錢和時間。

△已經依賴3D 打印進行研發的運動產品制造商迪卡儂研究了在公司面臨注塑成型能力問題時大批量 3D 打印部分零件的可行性（來源：3D Systems）

現場/本地制造：最近的全球供應鏈中斷凸顯了傳統制造的脆弱性。使用 3D 打印機，您可以在內部或當地服務提供商處生產零件，從而完全消除交付時間和供應鏈中斷的問題。通過使用全球服務提供商，還可以進行分布式制造，將要打印的部件發送到盡可能靠近最終用戶的位置，從而避免運輸成本。

更快的生產。制造商知道 3D 打印比傳統的原型制造速度更快，但 3D 打印機可以在最少的監督下全天候生產功能性、生產級的部件——只要有正確的軟件、硬件和流程。

可持續性：用于大規模生產的增材制造比減材制造方法（如 CNC 銑削）使用更少的原材料，可以在更接近需要的地方生產，并且不符合最低限度的概念，這可能導致積壓浪費。公司可以打印他們需要的東西。

缺點

大批量增材制造并不是適用于所有產品的最佳解決方案，許多公司會發現通過增材制造將產品從軟件到運輸的多步驟過程讓人難以承受。以下是您可能不會為您的產品大量選擇 3D 打印的一些原因。不過請記住，將您的批量生產外包給 3D 打印服務提供商可以緩解其中的許多問題。

前期成本高：要在內部進行大批量 3D 打印，您需要大型 3D 打印機或多臺 3D 打印機，這是一項重大投資。在設計和實施全新的數字和手動工作流程時，您還需要購買材料和操作軟件。

自行車公司 Specialized 的 Power Pro with Mirror 3D 打印自行車座墊是其第二款使用 Carbon 的 3D 打印技術并由服務提供商 OECHSLER 打印的批量增材制造產品（來源：Specialized）

增材制造設計：正如我們所提到的，當今大多數大批量 3D 打印公司都在生產專門設計用于使用該技術制造的零件。傳統制造和增材制造需要不同的設計原則。習慣于使用傳統方法的工程師和產品設計師會發現，要過渡到增材制造設計 (DfAM) 以最有效地利用 3D 打印具有挑戰性。此外，重新培訓他們的成本可能很高。大批量 3D 打印與您當前加工或注塑成型完全相同的零件，而無需任何重新設計幾乎從來都不是一個好主意。

可重復性問題：可重復性是指 3D 打印機重復生產相同部件的能力。然而，機器可能非常敏感，即使是很小的校準或材料變化也可能導致打印錯誤。清除失敗的打印件和重新校準打印機可能非常耗時，并會導致生產損失。

孤立的機器：今天幾乎所有的增材大規模生產都是使用來自同一供應商的多組3D 打印機完成的。制造商可以擁有 30 臺 Carbon3D 打印機或 40 臺 EOS 打印機。這為連接性和一致性提供了一定的保證，但它確實將制造商鎖定在一個 3D 打印機 OEM 上。一臺 3D 打印機的操作系統、周邊甚至材料都大不相同。即使增材制造工作流程軟件取得了進步，至少可以說，在多個不同的 3D 打印機需要協同工作的環境中建立流暢的工作流程仍然非常具有挑戰性。

熟練勞動力：要在內部進行大規模增材制造，您需要熟練勞動力。雖然一個工人可以操作多臺 3D 打印機，但聘請專家員工或對現有員工進行再培訓以使用這些機器的成本可能很高。

材料成本：3D打印機制造商已經取得了長足的進步，能夠使用與注塑成型相同的材料，并向第三方材料開放。然而，許多人仍然只能在使用專有材料時才能保證質量，這些材料通常更昂貴。

△即使是桌面 3D 打印機制造商，例如 Formlabs，也在引入旨在簡化批量生產的功能（來源：Formlabs）

缺乏標準：3D 打印行業技術和材料尚未標準化到與傳統制造相同的程度。因此，依賴安全或質量認證的制造商可能還無法自信地大規模實施增材制造技術。

后期處理：幾乎所有 3D 打印部件都需要一些后處理，從去除支撐到固化、燒結、打磨、平滑、噴漆，甚至是 CNC 銑削以實現更嚴格的公差。增材大規模生產設施必須具備順暢的后處理工作流程，以便通過各種后處理從打印機中取出零件。

用于批量生產的增材制造實際案例

盡管寶馬、通用汽車和美國軍方等公司進行了許多令人印象深刻的增材大規模生產概念驗證研究（已完成和正在進行） ，但下面我們展示了解決制造問題的真實大批量 3D 打印示例并為全球公司提供創新產品。

消費品行業

△未來的阿迪達斯 4DFWD 跑鞋（來源：阿迪達斯）

• 阿迪達斯 4DFWD 跑鞋