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3D打印用途从原型制作迈向成品生产

3D打印机现已日趋普及,而新一代3D打印技术更把应用范围扩大不少,究竟芝加哥国际制造技术展览会的买家和参展商对此有何看法?

照片:以3D打印技术制作的吉普车引人注目。
以3D打印技术制作的吉普车引人注目。
照片:以3D打印技术制作的吉普车引人注目。
以3D打印技术制作的吉普车引人注目。

在芝加哥国际制造技术展览会(IMTS)上,3D打印科技的创新发展成为瞩目焦点。不过,3D打印(又称「增材制造」)已不算是崭新技术,很多生产商在研发及原型设计过程中都经常采用这种技术。

3D打印虽在试制模型方面是一项非常有用的工具,但却有不少缺点,在制成品生产方面的效用并不显著。3D打印的最大问题是打印速度缓慢、打印部件的表面质感差和机械性能不佳,以及打印物料种类有限。不过,新一代体积较大的3D打印机,打印速度较快,可以解决上述不足之处,并能生产较坚固和表面质感较佳的制成品。

Stratasys以明尼苏达州为总部,是研发第二代3D打印技术的先驱。营销项目总监Jim Vurpillat表示:「一般人依然认为,增材制造只用于原型设计。虽然原型设计仍是3D打印的重要一环,但过去4至5年,这种打印技术已应用到制成品生产及其他范畴上。」

Stratasys在其摊位展示一款「无限构建」3D打印机,科技创新,能为3D打印领域带来转变。Vurpillat解释无限构建的重要性:「本公司的无限构建3D打印机与传统打印机不同,以水平方向打印,因此可以『无限构建』。」

以加州为总部的Carbon,是另一家揭示创新3D打印机的制造商。业务发展副总裁Phil DeSimone说明该公司对3D打印领域的贡献:「在增材制造领域,于采购时一般须作出决定,就是若想制造表面光滑的3D打印制品,应选择立体光刻成型及表面喷射技术。不过,这些3D打印制品不具功能性,内在物质会降解和变得不稳定。

「若想打印具功能性的制品,则应选用熔融沉积成型技术(FDM)或选择性激光烧结技术(SLS)。不过,两项技术的缺点是所打印的制成品并不美观,表面质感差,容易磨损。」

不过,Carbon声称,其全新的专利3D打印机能弥补3D打印技术的缺点,可为3D打印制品注入优良的机械性能和表面耐磨性,并能缩短打印时间,为业界开创先河。DeSimone称:「我们把这种打印过程称为『连续液体面生产』(Continuous Liquid Interface Production, CLIP)。本公司的打印机以连续不断的方式打印,而非逐层打印,因此能够增加打印速度。

「此外,每件打印部件都像以注塑方式制造一样,不会有传统3D打印制品的一层一层特征,而机械性能恒久不变。若部件在不同方向的机械特性各异,根本难以进行验证和认证。」

惠普(HP)是一家以加州为总部的科技巨企,展示多部增材打印机,足证3D打印领域开始受主流打印机企业重视。该公司的美洲区3D打印业务总监Tim Heller表示:「大家都期待惠普参与3D打印市场。现在,我们已加入这个市场,推出首部3D打印机Jet Fusion 4200,并以制造业为对象。

「我们推出的这款3D打印机甚具成本效益,经济实惠,相信真正能以低成本制造3D打印产品。」

除了加快打印速度及减省成本之外,Heller认为,惠普亦有其他优势,与小型3D打印机生产商比较确实是更胜一筹。他称:「惠普在产品设计上十分可靠,兼且经验丰富,亦能够为生产场所提供一切所需支援。这些因素对制造业十分重要。

「惠普早已提供PageWide卷筒印刷机,支援制造业。因此,我们拥有世界级的支援系统以及资源充足的服务计划。此外,从过往的业务经验中,我们获益良多,得以建立最好的渠道,以支援这款崭新的3D打印机,并拓展到其他市场。」

虽然增材制造现时仍然主要用于研发方面,以供制作产品原型,但有少数行业已开始采用3D打印技术来生产零部件的成品。DeSimone表示:「汽车业及航空业是较早利用3D技术生产制成品的行业,其他行业有医疗业,特别是牙医、齿颚矫正以及手术工具制造。电子消费品亦开始使用3D打印技术生产制成品,特别是订制产品。」

照片:惠普首次展出3D打印机。
惠普首次展出3D打印机。
照片:惠普首次展出3D打印机。
惠普首次展出3D打印机。
照片:Stratasys展出第二代3D打印技术。
Stratasys展出第二代3D打印技术。
照片:Stratasys展出第二代3D打印技术。
Stratasys展出第二代3D打印技术。

Vurpillat也留意到飞机及汽车制造商对3D打印业的影响。他称:「我们与波音(Boeing)合作发展无限构建3D打印机。我们开发了无限构建技术之后,波音就看中这种技术的应用潜力,而福特汽车(Ford Motor Company)也是一样。」

虽然3D打印技术的创新发展差不多获得全场一致好评,但会上的展品却大多属于成熟的制造技术。尽管如此,机器制造商面对越来越大的压力,必须推出日益创新的解决方案,以满足客户日趋严格的需求。

United Grinding以瑞士伯恩为总部,企业营销总监Theodore Neckel指出,在不少传统的制造领域,客户要求已有所改变。他称:「我们向每位客户查询,他们都说希望得到更多统包解决方案,并希望问题可以迅速得到解决。因此,我们致力提供这些服务。

「我们亦成立了一个新的自动化部门,并刚刚生产了首个协作机械人。这个协作机械人是本公司在会上首次展出的三项类似系统之一。

「本公司的系统可让操作员在没有护栏或其他安全措施下,近距离与机械人一起工作。操作员亦可以亲自移动机械人到所需位置,或从机械人取走零件。机械人工作完毕后,会自行返回原位。」

在会上,大多数参展商都以更智能化和更高效的制造机器作招徕,不过,数家参展商亦以坚固耐用等传统特点作卖点,期望可以突围而出。Lincoln Electric Automation Solutions是一家以俄亥俄州为总部的机器生产商,其Metal Forming Systems部门营业经理Mike Bollheimer便十分推崇他们公司的焊接机,并特别标榜这些机器的坚固耐用优点:「我们认为这款焊接机较市场上其他产品更坚固,而且价格便宜,因此预期十分畅销。」

与其他众多海外制造业枢纽相比,美国的劳工成本高昂,当地厂房持续受压,须扩大生产力及提升效率,而提升产能的方法之一,是增加每部机器所能进行的工作种类,伊利诺州的Knuth Machine Tools公司就是采取这种方针。

Knuth Machine Tools的高级区域营业经理Steve Gutman进一步说明该公司的策略:「最重要的是一部机器可以从事多种工作,例如一部车床同时能执行切割工序,而一部切割机亦可以进行车削操作。

「车床完成车削工序后,仍然装有刀具,因此应该可以继续处理碾磨、钻孔以及攻丝等工序,一次过完成零件制作工序。这种方法毋须把加工的零件重新夹紧固定,得以减少误差,提升精确度,此外,亦可以节省时间和成本。

「虽然我们的劳工成本较其他地区高,但却是不少产品的集散地,因此把生产设施搬到美国亦更有成本效益。整体而言,自动化令在美国设厂更加可行。」

照片:3D打印成为瞩目焦点。
3D打印成为瞩目焦点。
照片:3D打印成为瞩目焦点。
3D打印成为瞩目焦点。

芝加哥国际制造技术展览会2016已于2016年9月12至17日,在芝加哥的McCormick Place展览中心举行,吸引2,407家商号参展,逾115,000名人士入场参观。

特约记者 James O’Donnell 芝加哥报道

资料提供 图片:香港贸发局经贸研究
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