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3D打印用途從原型製作邁向成品生產

3D打印機現已日趨普及,而新一代3D打印技術更把應用範圍擴大不少,究竟芝加哥國際製造技術展覽會的買家和參展商對此有何看法?

照片:以3D打印技術製作的吉普車引人注目。
以3D打印技術製作的吉普車引人注目。
照片:以3D打印技術製作的吉普車引人注目。
以3D打印技術製作的吉普車引人注目。

在芝加哥國際製造技術展覽會(IMTS)上,3D打印科技的創新發展成為矚目焦點。不過,3D打印(又稱「增材製造」)已不算是嶄新技術,很多生產商在研發及原型設計過程中都經常採用這種技術。

3D打印雖在試製模型方面是一項非常有用的工具,但卻有不少缺點,在製成品生產方面的效用並不顯著。3D打印的最大問題是打印速度緩慢、打印部件的表面質感差和機械性能不佳,以及打印物料種類有限。不過,新一代體積較大的3D打印機,打印速度較快,可以解決上述不足之處,並能生產較堅固和表面質感較佳的製成品。

Stratasys以明尼蘇達州為總部,是研發第二代3D打印技術的先驅。營銷項目總監Jim Vurpillat表示:「一般人依然認為,增材製造只用於原型設計。雖然原型設計仍是3D打印的重要一環,但過去4至5年,這種打印技術已應用到製成品生產及其他範疇上。」

Stratasys在其攤位展示一款「無限構建」3D打印機,科技創新,能為3D打印領域帶來轉變。Vurpillat解釋無限構建的重要性:「本公司的無限構建3D打印機與傳統打印機不同,以水平方向打印,因此可以『無限構建』。」

以加州為總部的Carbon,是另一家揭示創新3D打印機的製造商。業務發展副總裁Phil DeSimone說明該公司對3D打印領域的貢獻:「在增材製造領域,於採購時一般須作出決定,就是若想製造表面光滑的3D打印製品,應選擇立體光刻成型及表面噴射技術。不過,這些3D打印製品不具功能性,內在物質會降解和變得不穩定。

「若想打印具功能性的製品,則應選用熔融沉積成型技術(FDM)或選擇性激光燒結技術(SLS)。不過,兩項技術的缺點是所打印的製成品並不美觀,表面質感差,容易磨損。」

不過,Carbon聲稱,其全新的專利3D打印機能彌補3D打印技術的缺點,可為3D打印製品注入優良的機械性能和表面耐磨性,並能縮短打印時間,為業界開創先河。DeSimone稱:「我們把這種打印過程稱為『連續液體面生產』(Continuous Liquid Interface Production, CLIP)。本公司的打印機以連續不斷的方式打印,而非逐層打印,因此能夠增加打印速度。

「此外,每件打印部件都像以注塑方式製造一樣,不會有傳統3D打印製品的一層一層特徵,而機械性能恆久不變。若部件在不同方向的機械特性各異,根本難以進行驗證和認證。」

惠普(HP)是一家以加州為總部的科技巨企,展示多部增材打印機,足證3D打印領域開始受主流打印機企業重視。該公司的美洲區3D打印業務總監Tim Heller表示:「大家都期待惠普參與3D打印市場。現在,我們已加入這個市場,推出首部3D打印機Jet Fusion 4200,並以製造業為對象。

「我們推出的這款3D打印機甚具成本效益,經濟實惠,相信真正能以低成本製造3D打印產品。」

除了加快打印速度及減省成本之外,Heller認為,惠普亦有其他優勢,與小型3D打印機生產商比較確實是更勝一籌。他稱:「惠普在產品設計上十分可靠,兼且經驗豐富,亦能夠為生產場所提供一切所需支援。這些因素對製造業十分重要。

「惠普早已提供PageWide卷筒印刷機,支援製造業。因此,我們擁有世界級的支援系統以及資源充足的服務計劃。此外,從過往的業務經驗中,我們獲益良多,得以建立最好的渠道,以支援這款嶄新的3D打印機,並拓展到其他市場。」

雖然增材製造現時仍然主要用於研發方面,以供製作產品原型,但有少數行業已開始採用3D打印技術來生產零部件的成品。DeSimone表示:「汽車業及航空業是較早利用3D技術生產製成品的行業,其他行業有醫療業,特別是牙醫、齒顎矯正以及手術工具製造。電子消費品亦開始使用3D打印技術生產製成品,特別是訂製產品。」

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

Vurpillat也留意到飛機及汽車製造商對3D打印業的影響。他稱:「我們與波音(Boeing)合作發展無限構建3D打印機。我們開發了無限構建技術之後,波音就看中這種技術的應用潛力,而福特汽車(Ford Motor Company)也是一樣。」

雖然3D打印技術的創新發展差不多獲得全場一致好評,但會上的展品卻大多屬於成熟的製造技術。盡管如此,機器製造商面對越來越大的壓力,必須推出日益創新的解決方案,以滿足客戶日趨嚴格的需求。

United Grinding以瑞士伯恩為總部,企業營銷總監Theodore Neckel指出,在不少傳統的製造領域,客戶要求已有所改變。他稱:「我們向每位客戶查詢,他們都說希望得到更多統包解決方案,並希望問題可以迅速得到解決。因此,我們致力提供這些服務。

「我們亦成立了一個新的自動化部門,並剛剛生產了首個協作機械人。這個協作機械人是本公司在會上首次展出的三項類似系統之一。

「本公司的系統可讓操作員在沒有護欄或其他安全措施下,近距離與機械人一起工作。操作員亦可以親自移動機械人到所需位置,或從機械人取走零件。機械人工作完畢後,會自行返回原位。」

在會上,大多數參展商都以更智能化和更高效的製造機器作招徠,不過,數家參展商亦以堅固耐用等傳統特點作賣點,期望可以突圍而出。Lincoln Electric Automation Solutions是一家以俄亥俄州為總部的機器生產商,其Metal Forming Systems部門營業經理Mike Bollheimer便十分推崇他們公司的焊接機,並特別標榜這些機器的堅固耐用優點:「我們認為這款焊接機較市場上其他產品更堅固,而且價格便宜,因此預期十分暢銷。」

與其他眾多海外製造業樞紐相比,美國的勞工成本高昂,當地廠房持續受壓,須擴大生產力及提升效率,而提升產能的方法之一,是增加每部機器所能進行的工作種類,伊利諾州的Knuth Machine Tools公司就是採取這種方針。

Knuth Machine Tools的高級區域營業經理Steve Gutman進一步說明該公司的策略:「最重要的是一部機器可以從事多種工作,例如一部車床同時能執行切割工序,而一部切割機亦可以進行車削操作。

「車床完成車削工序後,仍然裝有刀具,因此應該可以繼續處理碾磨、鑽孔以及攻絲等工序,一次過完成零件製作工序。這種方法毋須把加工的零件重新夾緊固定,得以減少誤差,提升精確度,此外,亦可以節省時間和成本。

「雖然我們的勞工成本較其他地區高,但卻是不少產品的集散地,因此把生產設施搬到美國亦更有成本效益。整體而言,自動化令在美國設廠更加可行。」

照片:3D打印成為矚目焦點。
3D打印成為矚目焦點。
照片:3D打印成為矚目焦點。
3D打印成為矚目焦點。

芝加哥國際製造技術展覽會2016已於2016年9月12至17日,在芝加哥的McCormick Place展覽中心舉行,吸引2,407家商號參展,逾115,000名人士入場參觀。

特約記者 James O’Donnell 芝加哥報道

資料提供 圖片:香港貿發局經貿研究
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