在麥肯錫關于3D打印的應用市場預測中，到2025年，3D打印在消費端的市場將達到4千億美金。麥肯錫還預測到2025年，3D打印在復雜、小批量的產品制造領域的應用將達到3000億美金的市場容量。那么，吸引制造商在產品生產時應用3D打印技術的原因是什么呢？

A. 無模化。因為制造模具的成本高，周期長，這使得3D打印在小批量，定制的制造領域具有節約時間，降低成本的優勢。

B. 成本對設計的復雜性不敏感。傳統制造工藝在加工尤其復雜的設計的時候面臨兩個難題，一是成本隨著產品的復雜性而急劇上升，二是對于過于復雜的設計，難以制造出來。3D打印成本對設計的復雜性不敏感。

      這就給3D打印技術的應用帶來了實現產業化的基礎。根據3D科學谷的市場觀察，在塑料消費產品或機械零部件的直接制造領域，3D打印技術的這兩種優勢已引起產品制造商的興趣，部分制造商已經在最終產品或零部件制造中應用3D打印技術，本期，3D科學谷就分享兩個基于光聚合工藝的3D打印技術在塑料產品及零部件生產中的應用案例。

從6到1，實現微流體噴嘴的一體化設計

     家用、商用攪拌機制造商Vitamix 在制造商用攪拌機噴嘴時嘗試使用了3D打印技術。這些微流體噴嘴的作用是用于從300微米孔中噴射加壓水，以便快速有效地沖洗攪拌器容器。噴嘴定期暴露于漂白劑、清潔劑和其他消毒劑中。因此，Vitamix 對于這些噴嘴的功能要求是雙重的：

具有堅固的微流體設計，以便進行高速和高壓噴射水，噴嘴需要具有非常特殊和精細的幾何形狀；

可靠性，特別是在商業食品服務環境中應對日常磨損的能力 。

注塑生產時所采用的噴嘴設計，由6個零件組裝而成,

      最初，設計師們仍采用了原有用于注塑生產的噴嘴設計方式，噴嘴由六個獨立零件組裝而成，設計師通過3D打印設備制造這六個塑料零件，然后組裝成噴嘴。采用這種設方式，可以降低模具成本，縮短零件交付周期，在幾天內完成零件（而采用注塑成型則需要幾個月的時間），并能夠在保證零件具有高幾何保真度的同時也具有良好機械性能。然而，這種方法仍然需要多部件組裝，并沒有充分利用到3D打印技術在制造復雜結構方面的優勢。

從傳統設計走向為增材制造而設計-Vitamix 噴嘴設計方式的演變

      于是，Vitamix設計團隊再次審視整個工藝，這一次，設計師突破了設計自由度和設計優化的界限，把目標放在制造整個噴嘴上，將這個噴嘴設計優化成一個單一的功能集成零件，沒有裝配要求，實現了噴嘴的完全優化。優化后的整體噴嘴具有300微米的孔和復雜的微流體通道結構，使用材料減少了30％，制造的手工勞動減少了55％，噴嘴的成本降低約33％，新噴嘴的耐用性提高了10倍以上。

通過有限元仿真識別潛在的應力區并確保生產可制造性

噴嘴的設計師采用Carbon的剛性聚氨酯（RPU）材料和DLS（數字光合成）3D打印設備對零件進行3D打印。

最終通過測試的3D打印噴嘴設

     Vitamix在應用3D打印技術的過程中還加強了產品快速迭代的能力，使用注塑成型方法，單個設計迭代和所需模具可能需要8到10周，而采用3D打印技術，可以進行快速的設計驗證以及最終的可制造性驗證，產品工程師在短短四周的時間內成功地在噴嘴設計上迭代了六到七次。目前，Vitamix 準備通過3D打印技術生產上萬個功能集成化噴嘴。

批量定制化生產

      Gillette（吉列） 利用Formlabs 光固化 (SLA) 3D 打印機作為剃須刀手柄定制化生產設備，推出了 48 種不同的設計方案，以及多種顏色供消費者選擇，消費者還可以添加自定義文字。

      Razor Maker? 的設計師能夠快速測試設計創意，在幾天之內，就可以將設計構思轉變為 3D 模型，最后再制造成實體產品。3D科學谷認為，3D打印技術的應用使吉列加快了產品上市速度，縮短反饋循環，并在設計上更快地迭代，這與快速迭代的消費品市場尤其的合拍。

在設計方面，由于3D打印能夠實現復雜的設計，設計師推出了更為復雜的設計款式。

     由于3D打印技術在剃須刀手柄定制化生產中的應用，吉列的服務模式也發生了改變，消費者可以參與到產品設計中來。首先，消費者通過 Razor Maker? 網站設計一個獨一無二的手柄，然后將生成的設計轉換為 3D 文件。Razor Maker? 制造團隊將多個設計文件發送到 3D 打印機，進行批量定制生產。完成3D打印的手柄，經過清洗、后固化、涂料和組裝等后處理流程，最后交付給消費者。

       傳統制造技術，如注塑成型，是難以實現規模化定制生產的，而無需使用模具，直接制造產品，易于制造小批量定制化產品是 3D 打印的固有優勢。在這個應用中，3D 打印技術消除了對注塑模具的需求，因此吉列無需對該產品進行前期模具的投資。

Review

3D打印與注塑競爭的可能性有多大？無疑，注塑工藝的優勢在于大批量，而3D打印的優勢在于小批量或者是生產非常復雜的設計。目前，3D打印的在塑料產品生產領域的發展空間要么是小批量簡單設計，要么是大批量非常復雜的設計。

       3D打印技術要想在大批量復雜產品的生產工藝上獲得比注塑工藝更大的優勢就需要打印速度更快。而提升打印速度，正是塑料3D打印技術發展中的一個明顯的趨勢。比如說Stratasys研發實驗室孵化出來的Evolve Additive公司，推出了一種與中等批量注塑生產競爭的3D打印技術-選擇性熱塑性電子照相過程（STEP），Evolve Additive 稱該技術，至少比粘合劑噴射3D打印技術快一個數量級。