3D打印能否在成本上與傳統(tǒng)制造競爭？Evolve選擇熱塑性電子照相工藝潛力巨大

南極熊導(dǎo)讀：幾十年前，人們可能不曾想到，隨著CNC數(shù)控機床的出現(xiàn)，會替代傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式。但是，當(dāng)新技術(shù)出現(xiàn)時，總會有一些質(zhì)疑的聲音，同時也有一些人，可以捕捉機會脫穎而出。下一個會不會是3D打印呢？

Evolve Additive Solutions公司表示，只要有可能，3D打印的設(shè)計優(yōu)勢就會發(fā)揮作用。目前，該公司已開始使用3D打印技術(shù)高速生產(chǎn)聚合物部件。

△STEP工藝，使用從高速成像中借用的技術(shù)。它可以以高達每小時286立方英寸的沉積速率，實現(xiàn)批量打印零件

該公司正在為3D打印在成本上，可直接替換傳統(tǒng)制造方法（尤其是注塑成型）工藝而做準(zhǔn)備。事實上，公司聯(lián)合創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官兼總裁Steve Chillscyzn表示，以部分成本，而不是設(shè)計自由為主導(dǎo)，是3D打印工藝尋找機會的最佳方式。在南極熊總結(jié)的《這20項3D打印技術(shù)，中國幾乎空白》,這種技術(shù)也已入選。

△3D打印對于傳統(tǒng)工藝，具有節(jié)約成本、更快的制造速度、減小庫存壓力、解決供應(yīng)鏈、提升設(shè)計性能等點

迄今為止，3D打印的進步，一直是通過滿足其他生產(chǎn)工藝無法滿足的需求，來證明自己的商業(yè)價值。其中有許多與零件合并、輕量化、復(fù)雜形式、定制和小批量生產(chǎn)有關(guān)。在大多數(shù)情況下，該技術(shù)可以證明通過改變原始設(shè)計，實現(xiàn)提高性能的優(yōu)勢，即使單位成本被提高，客戶覺得也是合理的。

但未來能不能有一種更平衡的可能，即實現(xiàn)高速批量生產(chǎn)，又可以實現(xiàn)更低成本呢？
所以，已經(jīng)有人正向著與傳統(tǒng)工藝，更具有競爭力的新方法進行創(chuàng)新，如Evolve開發(fā)了一種新的3D打印技術(shù)STEP（選擇熱塑性電子照相工藝），能夠以更高的速度生產(chǎn)，且價格更接近傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)聚合物部件。

△Steve Chillscyzn是Evolve公司首席執(zhí)行官。該公司正在為3D打印工藝，尋找可替代傳統(tǒng)工藝的制造速度，以及成本方式

Evolve這些機器和生產(chǎn)流程，已經(jīng)花費了數(shù)年的時間進行研究。概括的說是3D打印借鑒了高速2D打印，但該過程不是打印文檔，而是使用電子照相成像來打印材料層。

X、Y和Z的高速閉環(huán)控制，通過快速構(gòu)建零件和支撐材料以及在單個零件中，快速應(yīng)用材料組合來確保精確的分辨率和一致性。其Model SVP 3D打印系統(tǒng)能夠以每小時 286 立方英寸的速度建造，這意味著一臺機器每年，可以交付約8噸的3D打印塑料部件，首席執(zhí)行官說。

選擇性熱塑電子照相3D打印技術(shù)（STEP）原理

Selective Thermoplastic Electrophotographic Process這個名字，本身由4個單詞組成。①“Selective ”選擇性。具有以非常精確的方式放置粒子的能力。將每個特定材料體素（每個3D像素堆疊）精確地打印放置在層中；而且，能夠?qū)煞N不同材料的兩個單獨的體素并排放置在同一層中；甚至，能夠在單層中并排放置不同顏色的體素。 這種選擇性能力在全球領(lǐng)先，為材料選擇、材料屬性和顏色選擇開辟了一個全新的世界。
②“ Thermoplastic”熱塑性。能夠3D打印標(biāo)準(zhǔn)工程熱塑性塑料制成的零件，例如ABS、尼龍、TPU甚至性能更高的熱塑性塑料，例如PEAK、PEK等。
③“Electrophotographic”電子照相，它是激光打印機的專業(yè)詞匯。 利用世界上最強大的2D打印引擎柯達NexPress™，對每個圖層進行打印成像。
在3D打印中使用電子照相技術(shù)非常罕見，它是允實現(xiàn)多種材料和多種顏色3D打印零件的關(guān)鍵要素之一。
④“Process”過程。 結(jié)合專有的硬件和軟件，實現(xiàn)可控的、可重復(fù)的制造能力。 在質(zhì)量、速度、成本和生產(chǎn)率之間取得很好的結(jié)果。

其實，其3D打印的工藝原理，可以概括為三大過程

△三大過程

第一步：選擇性放置零件材料和支撐材料粉末，并轉(zhuǎn)印到硒鼓。這是傳統(tǒng)的非常成熟的電子照相成像技術(shù)。
第二步：對轉(zhuǎn)印進行嚴格控制，層與層之間進行對準(zhǔn)，保證質(zhì)量；
第三步：使用高溫，并施加壓力，對材料進行融合堆疊，3D打印成型。

△Evolve的STEP 3D打印機

△STEP工藝的打印過程

制造成本具有巨大優(yōu)勢

△為選定的客戶提供測試樣機，它們能夠幫助新設(shè)備進行評估，和提供優(yōu)化反饋

Chillscyzn說，零件成本將是贏得STEP工藝認可的最快方式。與注塑成型相比，3D打印的優(yōu)勢非常吸引人，包括設(shè)計優(yōu)勢和免于加工等。但更高的單件成本，迫使用戶權(quán)衡這些優(yōu)勢與利弊。

所以，該技術(shù)需要在成本上克服這個障礙。數(shù)字制造服務(wù)提供商Fathom，將成為接收下一個測試樣機的客戶之一。Evolve和Fathom將開發(fā)一種STEP成本計算工具，以更容易地計算和分析應(yīng)對解決方案。

△這是一個生產(chǎn)部件，但現(xiàn)在只有3D打印技術(shù)才能制造這種支架，包括接頭扎帶。因此，該技術(shù)在特殊構(gòu)建上，具有特殊的優(yōu)勢

目前，樂高和Stanley Black&Decker，已是Evolve的投資者之一。在特殊結(jié)構(gòu)加工中，例如，一個內(nèi)置水密球閥的3D打印集流體歧管，以及一組9個相關(guān)的托架，這些都可以使用該技術(shù)輕而易舉的實現(xiàn)，同時，因為可以實現(xiàn)按需制造，減小了庫存壓力。

但Chillscyzn表示，在很多情況下，新創(chuàng)意目標(biāo)是該技術(shù)的第二要務(wù)。目前做重要的，技術(shù)必須憑借自身的優(yōu)點，贏得作為生產(chǎn)過程的認可，才能改變零件加工中更廣泛的使用。

南極熊認為，3D打印與傳統(tǒng)制造有著本質(zhì)的不同，簡化后的生產(chǎn)方式突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，將生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)與優(yōu)化產(chǎn)品性能成為可能。這提升了廠家的生產(chǎn)彈性、縮短生產(chǎn)周期，并將真正的創(chuàng)新思維帶入產(chǎn)品之中。

但就像Chillscyzn所表示的那樣，目前第一要素，可能首要考慮如何將成本降低，讓更多的傳統(tǒng)加工使用該技術(shù)。但隨著該技術(shù)和材料的進步，未來這些都會被解決。