3D打印距離成人禮越來(lái)越近。不久之前，看到一臺(tái)機(jī)器打印我們頭部的模型，或者制作一座著名建筑的微縮模型，我們就會(huì)欣喜若狂。幾年之后，新一代的設(shè)備就能夠用打印的方式，制作醫(yī)療器械和可供移植的人類身體部位。工業(yè)3D打印技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展。2020年，該領(lǐng)域的發(fā)展值得期待。

　　3D打印的技術(shù)名稱為增材制造，能夠徹底改變我們制作東西的方式，帶來(lái)大量新機(jī)遇。該技術(shù)并不采用切割、焊接的做法，而是一層層地將材料逐漸積累起來(lái)。使用這項(xiàng)技術(shù)，我們就可以制造新幾何外形的零件，從而使零件獲得不同的物理特性。例如，蜂窩結(jié)構(gòu)可以降低重量，提高強(qiáng)度。因此，3D打印可以成為強(qiáng)大的工業(yè)應(yīng)用工具。如今，我們可以制造更輕、更耐高溫、更高強(qiáng)度的零件；同一款產(chǎn)品使用3D打印制作，還可以減少零件數(shù)量：通用電氣的工程師將一種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的零件從855個(gè)減少到了12個(gè)，大幅簡(jiǎn)化了組裝流程。

　　增材制造可以化繁為簡(jiǎn)：制作產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)可能十分復(fù)雜，但是工序卻可以很簡(jiǎn)單。同時(shí)，增材制造還有助于減少零件數(shù)量，從而降低工作的復(fù)雜程度。

　　有了3D打印，我們還可以使用新材料，從而促進(jìn)材料科研的發(fā)展，開(kāi)發(fā)全新的、適用于增材制造的材料。在人工智能的幫助下，在3D打印的促進(jìn)下，新材料的發(fā)現(xiàn)估計(jì)會(huì)在2020年加速。

　　增材制造將在工業(yè)革命4.0時(shí)代發(fā)揮重大作用，將改變傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)，使小微工廠實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效率。增材制造已經(jīng)在改變?nèi)蚬?yīng)鏈，加強(qiáng)本地網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)揮作用。

　　當(dāng)然，2020年令人激動(dòng)的消息應(yīng)該來(lái)源于3D打印技術(shù)本身的發(fā)展。3D打印機(jī)制造商正在努力改善設(shè)備在各方面的性能：

　　3D打印機(jī)的速度會(huì)更快：增材制造要做大規(guī)模，3D打印機(jī)就要大幅提高產(chǎn)量，也就要提高打印速度。連續(xù)創(chuàng)業(yè)者Bob Swartz成立的Impossible Objects具有熱噴墨技術(shù)，利用2D打印的速度屬性挑戰(zhàn)3D打印的速度極限。今年早些時(shí)候，該公司推出了一款新型設(shè)備。按照設(shè)計(jì)，該設(shè)備的速度應(yīng)該是傳統(tǒng)3D打印的10倍。競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)開(kāi)始。2020年，估計(jì)速度記錄還會(huì)被一次又一次打破。

　　3D打印機(jī)會(huì)“占領(lǐng)”更多類型的場(chǎng)所。增材制造可能很精密。和很多3D打印機(jī)一樣，增材制造要在一個(gè)艙室中進(jìn)行，環(huán)境溫度和濕度都要受到控制，并且要防止外部顆粒物進(jìn)入。這種要求可能對(duì)3D打印設(shè)備的功能帶來(lái)顯著影響。MELD Manufacturing開(kāi)發(fā)的設(shè)備無(wú)需控制環(huán)境就能夠進(jìn)行打印。這些設(shè)備可以在“野地里”工作——可以用于鉆井平臺(tái)，也可以用于部隊(duì)的前沿陣地；這些設(shè)備無(wú)需環(huán)境受控的艙室，因此也無(wú)需受到相應(yīng)的限制，可以打印尺寸更大的部件，既可以用于制造新零件，也可以用于修理舊零件。2020年，估計(jì)3D打印機(jī)將在更多類型的偏遠(yuǎn)環(huán)境中工作。假設(shè)，有一個(gè)礦區(qū)位置偏僻，人員難以進(jìn)入。如果需要更換設(shè)備零件時(shí)無(wú)需等待零件運(yùn)來(lái)，只要現(xiàn)場(chǎng)打印即可，那就可以大幅減少生產(chǎn)損失。

　　3D打印機(jī)的功能將更加多樣，將能夠處理并且結(jié)合越來(lái)越多種類的材料。Markforged已經(jīng)開(kāi)發(fā)的設(shè)備能夠打印不同的金屬、超合金、尼龍和短碳纖維。Impossible Objects與巴斯夫合作，加速了增材制造新材料的開(kāi)發(fā)。Impossible Objects的Bob Swartz說(shuō)：“3D打印問(wèn)題是材料科學(xué)問(wèn)題。”有了Xjet開(kāi)發(fā)的“納米微粒噴射技術(shù)”（Nano Particle Jetting technology），同一臺(tái)設(shè)備就可以打印金屬和陶瓷，同一件打印產(chǎn)品既渾然一體，又能做到部位不同則成分及屬性也不同。2020年，估計(jì)3D打印機(jī)能夠使用并且混合越來(lái)越多種類的材料；在增材制造技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，估計(jì)新材料的發(fā)現(xiàn)也會(huì)加速。

　　軟件的進(jìn)步也會(huì)放大3D打印的能力。增材制造流程的數(shù)字化很強(qiáng)。3D打印的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)就在于可以僅僅改變數(shù)字藍(lán)圖，就能修改部件的設(shè)計(jì)。這樣，設(shè)計(jì)-驗(yàn)證機(jī)-測(cè)試-量產(chǎn)的速度就能大幅提高。軟件在增材制造中起到的作用要大得多。Essentium已經(jīng)在使用軟件來(lái)檢查材料和擠塑溫度等生產(chǎn)規(guī)則。Markforged開(kāi)發(fā)的解決方案以云計(jì)算為基礎(chǔ)，產(chǎn)品和零件的設(shè)計(jì)可以在一個(gè)地點(diǎn)設(shè)計(jì)，然后立即可以在千里之外的另一個(gè)地點(diǎn)生產(chǎn)。這樣，同一家公司的不同生產(chǎn)設(shè)施就能夠?qū)崟r(shí)共享同一張藍(lán)圖。2020年，估計(jì)增材制造將會(huì)出現(xiàn)新的軟件解決方案，加強(qiáng)IP安全，遠(yuǎn)程協(xié)作和制造精確度。

　　3D打印的生態(tài)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)加速發(fā)展，合作將會(huì)加速。顯然，要實(shí)現(xiàn)3D打印的全部潛力，不同背景和技術(shù)知識(shí)、不同規(guī)模的公司就要進(jìn)行合作。上文提到的Impossible Objects與巴斯夫的合作就是一個(gè)例子，體現(xiàn)了增材制造與新材料開(kāi)發(fā)之間能夠產(chǎn)生怎樣的合力。同時(shí)，3D打印允許我們探索新的幾何外形，這就要求工業(yè)設(shè)計(jì)人員改變思維，想象全新的產(chǎn)品和部件。人工智能可以為創(chuàng)生型設(shè)計(jì)流程提供助力。同時(shí)，我們還需要教育與培訓(xùn)項(xiàng)目，培養(yǎng)新一代的工業(yè)設(shè)計(jì)人員。突破傳統(tǒng)的門(mén)類分野而進(jìn)行合作，就會(huì)加快上述進(jìn)程的速度。同時(shí)，在制造即服務(wù)平臺(tái)上展開(kāi)合作，產(chǎn)能利用的效率就會(huì)更高，制造商就能更加靈活地調(diào)用3D打印能力。