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曾被疯狂炒作的 3D 打印,几年沉寂后,终于又有了颠覆性产品

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编者按:3D打印曾经被炒作得非常厉害,一度被誉为第三次工业革命的未来。只是最近几年的现状有点骨感,除了小规模地打印一些塑料原型以外,还看不到3D打印能从根本上改变制造现状的机会。不过这家由“3D打印”这个名词的提出者参与的初创企业有望取得突破,因为他们的技术可以快速、低成本、大规模地制造出金属零件。《连线》杂志介绍了相关技术,并认为这有可能会颠覆未来的工厂形态。


工厂,工业革命的主要创新点,也是生产力的大教堂,其设立是为了给专业流程找到庇护所,同时鼓励劳动分工。

在《国富论》的第一页阐明其职能的亚当·斯密举了一个很著名的例子,大头针工厂:“我见过一个这种小工厂,只雇用十个工人,因此在这一个工厂中,有几个工人担任二三种操作。这十个工人每日就可成针四万八千枚……如果他们各自独立工作……那末,他们不论是谁,绝对不能一日制造二十枚针,说不定一天连一枚针也制造不出来。”

但是工厂的好处也暗示了其局限。工厂没有办法可再编程:要想制造不同的产品,工厂必须更换不同的机器。因此,第一个交付的产品要比第100万个昂贵许多,而创新也受制于资本性支出的需求,速度从来都不是很迅速的。此外,专业化迫使跨国企业在全球范围内的供应链和仓库流转,因为商品必须运输和存放。

这一切都即将改变。在另一场工业革命中,人类正在以新颖的方式制造新东西,而且做出来的形状是迄今为止不可能实现的,他们利用的是一种狂热已经退却的技术:3D打印。这个夏天,我在麻省伯灵顿参观了制造业的未来,那里是初创企业Desktop Metal的总部所在地,后者制造的是制作金属零件的打印机。公司成立于2016年,由连续创业者Ric Fulop以及4名MIT教授(其中包括“3D打印”这个词的发明者Emmanuel Sachs)一起创立。Desktop Metal已经从KPCB、通用电气、宝马以及福特等投资者募集了2.77亿美元的资金,估值已超过10亿美元。

要想理解Desktop Metal的机器为何如何重要,有必要理解“不是革命的3D打印革命”。在5年前所有围绕着3D打印的泡沫中,其实3D打印机挺令人失望的:大多数消费者并不需要3D打印机做出来的东西,而制造商想要的东西3D打印机根本造不了。

使用桌面3D打印机的创客运动爱好者及成员通常要花费几千美元来打印数字设计的塑料零件。像MakerBot的Replicators这样的机器会对聚合物进行加热然后喷射材料到打印机喷嘴上;但是3D打印的聚合去基本上只对原型有效,因为看起来比较粗糙、廉价、不像成品。另一方面,像GE这样先进的制造商管理的是举行打印机,其造价往往超过百万美元,但是制造出来的高价值部件却很有限。其“增材制造”机器采用激光或者电子束将金属粉末熔为复杂形态;但尽管该过程可制造出价值350万美元的飞机引擎的喷嘴,但却是缓慢、昂贵并且危险的。(通常增材制造机器必须将金属熔到真空中,因为如果遇到氧气的话熔化的金属会爆炸。)

3D打印可变革制造业。但是从手机壳到螺旋桨到钻头——几乎企业制造的一切东西往往都是由金属或金属复合物等其他材料构成的。Desktop Metal希望服务金属制造这一庞大的中间市场,因为其价值超过了万亿美元。公司CEO Fulop说,“在3D打印的前20年时间里,这一技术太慢且非常昂贵,所以主要用途仅限于原型制作。而在今天,3D打印终于开始用到大规模制造上面了。”3D塑料打印和增材制造的队伍日益庞大,但目前Desktop Metal是唯一聚焦于3D金属打印的公司,他们的估值也反映出其拥有的知识产权的价值。

一个叫做托架的3D打印分布装配,该部件被用于保护SawBlaze格斗机器人的刀片。因为格斗机器人经常会被撞击,所以托架并且非常坚固牢靠,同时还要抗腐蚀和高温。

打印金属很困难。机器没法像桌面3D打印机喷射聚合物那样挤出金属溶液,因为机器得在超过几千华氏度的高温下操作。Fulop一边介绍Desktop Metal的创新,一边引导我参观公司60000平方英尺的厂区,在那里3D打印机悄然在玻璃柜背后铸造出金属部件,工程师则在皱着眉头构思设计和代码编写。

该公司的机器采用了一种名为“粘合喷射打印(binder-jet printing)”的技术,这项技术是由Ely Sachs在1989年提交的第一批3D打印专利中首先提出来的,做法是将金属粉末与粘合聚合物结合起来。在聚合物硬化之后,就进入到所谓的“烧结”阶段,将聚合物烧掉并且将金属融为一体。

在被问到为什么3D金属打印到现在才变得可行而在1989年为什么不行时,Sachs猜测也许是因为材料变得更便宜而且技术也成熟了,“包括非常非常高速的喷墨打印以及烧结技术,这些都是工艺流程必不可少的一部分。”但是Sachs认为主要原因是没人更早地看到了它的潜能:“大家对打印金属零件有一种怀疑的态度:表面上点头认可,但你能看到他们嘴里的假笑。”

Desktop Metal将出售两种机器:桌面型的“Studio”,售价是120000美元,可以制作金属原型,以及工业级的“Production”系统,售价为75万美元,这将是第一款支持大规模生产的金属3D打印机。Studio系统利用喷嘴喷射金属粉末与粘合聚合物的混合,其模式由一份数字文件指定,并且以“单程喷射”沉积粘合剂,每一层的厚度只有50微米。这个过程要比激光型增材制造机器快100倍,而且价格要便宜80%。GE的机器一天也许能制造12个液压系统分路阀箱,而相同时间内Desktop Metal的数量是546个。

Desktop Metal预计其Production系统将在2019年下半年实现量产,但是首批供货对象将是它所谓的“先驱”制造商,比如正在探索3D打印(至少是部分部件)是否比传统制造或者增材制造更便宜、更快速、更灵活的福特、Milwaukee Tool Corporation等企业。像Google和美敦力这样的企业已经购买了Studio来进行将在未来销售的设备的设计和原型开发。

为什么要关心什么是数字化金属加工的未来?工厂带来的主要好处之一是它将不同类型的生产流程都安排在了一起。每一个阶段都是高度相互独立的并且需要紧密的协调。但是Fulop认为他的3D金属打印机将会推翻那些旧的假设:装配线将会整合,供应链会缩编,而大规模生产将定制化。“在今天,一家公司可能在一个地方制造引擎而在另一个地方生产医疗影像设备。到了本世纪中叶,制造商将会在任意地方造每一种产品,然后通过打印大部分零件并在bending进行最后组装来适应当地市场。”因为打印的成本跟要打印多少部件的关系不大,制造创新将会变得更廉价更快速。

Desktop Metal正在开发生成式设计程序,其演进算法可生成常见部件的新形式。我站在该公司的设计师Andy Roberts背后目睹了这种创新性,只见他输入了一个汽车踏板的参数,然后一个奇怪的原生对象就从他的工作站屏幕上长出来了。我在想,未来发明家也许会利用生成式程序和粘合剂喷射打印老设计、测试和制造产品,而且那种东西的形态只能靠3D打印才能做出来。技术的结合将会让公司制造出有着艺术的错综复杂或者生物的几何形状的金属或者复合物体,有着新的功能和属性的部件。

到2050年工厂仍将存在:届时大家将会在里面操作制造特殊产品的机器。你很难完全想象一个廉价、高容量、大规模生产的3D打印成为常态的世界其经济结构会怎样。不过我们可以猜一下。设计师会比机械师更令人受尊敬。产品将适应本地的需求和偏好,并且外观是原生的。仓库会变少:工厂本身会变得更多、更小而且基本上是无声的,他们的机器会由一个高度技术性的协会悄悄地照料着。

 
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