增材製造現已廣泛用於最終用途零件的生產，這一趨勢得到了Sculpteo市場調查的證實，有50％以上的公司使用3D列印技術進行最終零部件的生產而非僅用來製作原型。但3D列印通常不是批量生產的首選方法，因為傳統手段在交貨周期和生產成本方面更具競爭力。然而，如今越來越多的製造商正在考慮通過增材製造進行批量生產。3D列印如何以工業級的體量製造相同的標準化零件？本期，我們展示5個3D列印批量化生產的案例。
1. 阿迪達斯和Carbon大批量生產運動鞋鞋底
2017年4月，阿迪達斯宣布與Carbon達成重要合作夥伴關係，雙方共同生產10萬雙具有3D列印鞋底的Future Craft 4D運動鞋。通過使用Carbon的數字光合成技術，阿迪達斯能夠在19分鐘內列印出具有網格結構的鞋底。3D列印的網格結構鞋底能夠減輕鞋子的總重量並能提供更好的緩衝性和穩定性，從而能夠更好的響應每個運動員的運動。
Carbon 3D列印技術可19分鐘製造一隻運動鞋鞋底
數字光合成技術的生產速度要比採用光固化成型快100倍，這是實現工業化大批量生產的一個重要前提。然而，2018年的3D列印跑鞋全球限量只有十萬雙，主要是儘管速度快但大規模生產的產能也需要一段時間來建設。而在2019年，阿迪達斯和Carbon年產量百萬雙的目標就已經達成，而且每一季都會推出新產品，價格也在不斷地親民化。
Adidas 3D列印運動鞋
據國外調查機構SmarTech Publishing 2019年的報告，鞋類3D列印將在未來10年內達到63億美元的市場規模，阿迪達斯、耐克、安德瑪、New Balance和銳步已成為該領域的佼佼者。近年來，國內匹克、李寧等品牌也已在該領域發力；同時，國內也有對標Carbon技術的公司，如清鋒時代和塑成科技，兩家公司在成型材料和列印技術方面都較為領先。
2.3D列印透明牙套
美國Align Technology公司專注於使用3D列印正畸解決方案，尤其以開發個性化的隱適美矯治器而聞名。它使用3D Systems的SLA印表機來製作患者不同矯正階段的矯正器牙模，然後以此為模具，通過熱塑成型製作出透明的矯正器。目前，隱適美已成為將個性化、批量生產和3D列印相結合的完美典範，其每天可生產超過32萬副以上的矯治器，全球治療的客戶超過900萬人。
隱適美3D列印透明牙套
3D列印帶來的設計靈活性幫助降低了製作過程中的風險。為了避免混淆，每個矯治器都有一個獨特的病人ID，通過CAD文件添加到矯治器的設計中，直接通過3D列印技術製作出來。這個唯一的標識符不會洩露任何病人的信息，但允許製造技術人員追蹤和管理每個病人的矯治器的生產和運輸。
每個病人需要十幾到幾十副隱形牙套
目前，醫療、牙科領域已成為3D列印技術發展的重要推動力量。醫療產品對個性化定製的需求，為3D列印技術提供了很好的應用基礎。美國Align Technology公司的隱形矯正器，是全球應用最廣的品牌。近年來在國內，時代天使、上海正雅齒科、西安恆惠也推出了自主研發的隱形矯正器解決方案，在該領域都有著較強的實力。醫療領域除了3D列印矯治器的批量化製造外，還有髖臼杯、牙冠等等。
3.GE增材和賽峰集團燃油噴嘴
GE增材與賽峰公司合作，自2015年開始使用增材製造技術批量生產發動機燃油噴嘴。憑藉40多臺3D印表機，GE奧本工廠在2017年交付了8000個燃油噴嘴；到2018年底，這一數據已經超過3.3萬個；而到2019，該工廠每周可生產800個噴嘴，這在當前增材製造的行業現狀下已經屬於完全工業化的大批量製造，且其產量還在繼續增長。截止到去年11月，新燃油噴嘴的生產數量超過了6萬個。
在這個只有核桃般大小的結構中（噴嘴頭），包含了14條精密的流體通道，採用此前的工藝需要將20個部件焊接在一起。而3D列印則實現了該結構的一體化製造，從而將噴嘴的重量比減輕了25%，耐用度提高了5倍。基於此，GE將零件的庫存減少了95%，並將組件的製造成本降低了30%。對於GE而言，這是3D列印加快生產、降低成本和縮短交貨時間的最知名案例之一。
國內設備商列印的航空燃油噴嘴
近年來，國內中科院、西工大、南科大、中國航發等單位針對燃油噴嘴的組合設計和增材製造研究也取得了很大進展。這些進步不僅包括結構設計方法和製造工藝，還涉及拋光等後處理方案以及可靠性驗證研究。經過優化設計和SLM成形的噴嘴殼體簡化了裝配和焊接等加工工序，縮短了製造周期，流道成形精度高，達到了減輕重量和改善性能的目的。
4. 香奈兒：3D列印的睫毛膏刷已突破1700萬
相比運動鞋和發動機噴嘴，睫毛刷這個應用似乎不值一提，但具體到一個公司的一件重要產品來講，它的價值卻是巨大的，何況它又是女性產品。
3D列印睫毛刷的專利是由香奈兒於2007年首次提出的，經過差不多10年的研發，才正式進入大規模生產。2017年，香奈兒的睫毛刷生產線有六臺3D印表機，每天可生產50000支刷子，這相當於每周列印25萬支刷子，每月總數可高達100萬支。而到如今，該生產線已經有15臺印表機，並且可以7*24小時不停歇運轉，其3D列印的睫毛刷數量已達到1700萬個。
採用雷射燒結工藝3D列印的睫毛膏刷
香奈兒睫毛刷採用雷射燒結3D列印工藝，材料為尼龍。據研發團隊介紹，在模型製作的時候，3D列印可以使設計師繞開昂貴且耗時的傳統模具製造過程，還可以通過對100多個原型進行微調，極具經濟高效的特點，而最終定型的睫毛刷結構使用常規手段則無法製造。繼第一款產品VolumeRévolution之後，香奈兒決定進一步發展，推出了EYE，這是一種新的3D列印睫毛刷系列，其中包括10個專用筆刷。
香奈兒3D列印睫毛刷系列產品
其他：3D列印防疫用品
雖然歐美疫情持續不見好轉，但3D列印還是在抗疫方面發揮了巨大作用，已有多家3D列印公司將本公司的技術用於用於醫療領域。Carbon每周生產的鼻咽拭子和防護面罩分別超過100萬支和18000個；Formlabs則使用250多臺內部3D印表機，每天生產多達15萬支檢測拭子，Markforged的生產規模也擴大到了每天10萬隻。英國的Photocentric公司則採用光固化技術進行呼吸器兼容閥門的列印，每周的生產量達到4萬個。這些例子說明在緊急情況下3D列印可以快速反應。
Formlabs每天生產多達15萬支檢測拭子
END
有人說3D列印批量化生產是一個偽命題，這項技術只適合於做個性化產品。但從上述的這些案例卻可以得出結論，對於特定的、只能由3D列印製造的產品，可以實現批量化製造；即便個性化的產品，如牙齒矯治器、髖關節等，也同樣具備批量化生產的場景。
3D列印的批量化生產，離不開可以支持這一趨勢實現的設備。如今，無論金屬還是塑料，都在無論是尺寸還是速度亦或是具體工藝方面打破3D列印速度慢、成本高的弊端，其目的之一便是力圖破解3D列印的批量化製造難題，而以後基於該技術批量化製造的案例也會越來越多。
註：本文內容來自3D列印技術參考。