当美国宇航局的“朱诺号”(Juno)卫星发射前往土星(Saturn)时，其最终组装的3D打印部件只是向着制造商洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)的目标迈出的一小步，后者的目标是最终使用增材制造技术建造整个航天器。此次发射也标志着这家航空航天公司在地球制造过程中使用3D打印技术的巨大飞跃。
其他企业也在生产中采用了3D打印技术。作为回应，它正在为这趟旅程做好准备。
朱诺号上使用的更轻、更低成本的3D打印部件证明了增材制造技术已经超越了原型制造。增材制造技术是将材料层层叠加在一起来制造物体。洛克希德·马丁公司空间系统部高级制造与材料部的研究员斯莱德·加德纳说:“这些部件的性能非常好。”但它们只是一颗卫星的“原型部件”。
这个支架是洛克希德公司的朱诺卫星的3d打印部件之一。来源:洛克希德。
现在，这家航空巨头正准备使用3D打印工艺为其他飞机和航天器制造生产部件。加德纳说:“我们正在验证生产流程，我们的目标是在未来几年内完成这些工作——也许更早。”
柯蒂斯Carson工业系统研究和技术主管在空客制造工程中心的能力,说,飞机制造商已经开始利用3 d印刷生产安全带模具的备件A310客机,在制造模具的分包商破产了。
空客公司已经开始使用3D打印技术生产A310飞机的安全带模具。来源:空客。
该公司计划在2015年初开始在A350飞机上使用3D打印塑料部件。他说:“即使是小部件，我们也可以节省大约50%的重量，生产部件的成本可以节省60 - 70%。”
传统上，3D打印已经主要用于快速成型——3D打印咨询公司沃勒斯联合公司(Wohlers Associates)总裁特里•沃勒斯(Terry Wohlers)表示，该公司将建立早期的设计概念和原型，以评估“形式、适合度和功能”。“3D打印的下一个前沿领域是实际生产，即生产进入最终产品的零部件。”
开发数字挂毯
洛克希德·马丁公司高级制造和开发部门主管史蒂夫·贝扎说，3D打印是新的“数字挂毯”的一部分，是制造过程从最初设计、生产到零部件的端到端的数字化，需要随时准备支持。
“我们与首席信息官积极合作，为制造业创造了一幅数字挂毯，”贝扎说。该tapestry包括计算机辅助设计和可视化工具、数据管理系统以及MRP和ERP系统。所有这些都必须连接到平板电脑和物联网在生产车间，包括公司的工业3D打印机。
为了成功地完成从原型到成品的过渡，3D打印需要从功能有限的建筑形状转变为满足更高的制造要求。
但加德纳说，还有更重要的事情。洛克希德·马丁航天系统执行副总裁里克·安布罗斯制定了一个公司目标，即使用3D打印技术制造整个卫星，但要实现这一目标，就意味着成熟的设计、材料、操作和制造程序与现有标准有很大不同，加德纳解释说。
至于3D打印技术和材料的现状，加德纳说:“没有什么能阻挡我们。这只是一个投入时间和工程设计的问题。”
空客的Carson说:“减法制造的设计原则、形状和形式与增材3D打印完全不同。”为了在产品制造中充分利用3D打印技术，空客不得不重新思考设计方法和原则，并制定和实施新的3D打印标准以及使用这些标准的技能。3D打印机供应商Stratasys副总裁乔恩•科布表示:“对于使用3D打印技术的制造业，目前并没有很多标准。”
引领制造业的垂直市场——包括航空航天、医疗和牙科——都在制造符合3D打印最佳定位的产品:低产量、高成本、制造复杂的零部件。科布说，最适合的是“产量低或变化频繁”的应用，也就是说，减法生产效率最低。
目前，构建时间仍然是一个问题。最终，Cobb预计Stratasys的熔融沉积模型(FDM)热塑性3D打印技术的改进将使速度提高2到5倍。
但最终，FDM或任何当前的增材制造技术都无法将构建时间提高到支持更高产量所需的水平。“三到十年后，将会有新技术改变我们做3D打印的方式，”他说。科布表示，Stratasys正在积极研发新技术，但他不会详细说明或提供任何细节。
部分需求
“随着原型设计成熟到全面生产，洛克希德·马丁公司将与客户合作，根据需求探索3d打印替换部件，”Betza说。科布说，使用即时打印备件的做法最终可能会扰乱整个配送供应链。
一些替换零件将以网站文件的形式而不是存储在仓库中。客户可以付费下载零件文件，然后在大商店或服务局用自己的3D打印机打印。“我们需要管理一个全新的支付结构，这是它的一个重要组成部分，”贝扎说。当部分变成电子文件时，这些知识产权在被客户和商业伙伴访问或传送给他们的过程中必须得到管理和保护。
向3D打印部件迁移的过程很可能是有机的:3D打印部件将取代那些最初使用3D打印制造的部件。但是，为了即时3d打印的零件而重新设计现有的注塑零件的商业案例将更加难以从成本上证明其合理性。
一个更好的构建
3D打印材料的进步也扩大了增材制造的吸引力。牛津性能材料公司使用3D打印技术来制作颅、脸和脊柱植入物，使用的是一种专利的、fda批准的热塑性塑料，名为PEKK。这种材料具有生物相容性，具有铝的强度，其设计目的是促使邻近的骨骼生长到它里面，以便与颅骨的其他部分或其他骨骼结构融合。
牛津大学性能材料公司(OPM)声称，这种经fda批准的颅骨植入物使用3D打印技术和一种名为PEKK的专有热塑性材料，是有史以来植入人体的最大的颅骨假体。来源:OPM。
用于这些类型的假体植入物的传统材料，钛，是刚性的，随着时间的推移会磨损邻近的骨头，导致需要在数年后重新改造关节。3d打印，热塑性假体更兼容。牛津绩效管理公司(OPM)首席执行官斯科特•德费利斯表示:“你可以获得完美的契合，降低单位成本，缩短手术时间。”
该公司最近制造了有史以来最大的头颅植入物之一。“它看起来像一个橄榄球头盔，”德费利斯说。用钛制造假体需要用三四块材料组装并融合在一起，但使用3D打印技术，OPM可以将其作为一个单独的部件来制造。
这种质量也使得3D打印在航空航天行业具有吸引力，因为重量很重要。“如果你有一个复杂的组装，你可以大幅减少零件的数量，”卡森说。由于空客只能在需要结构支撑的地方添加材料，因此空客能够制造出卡森所说的“仿生”形状。
加德纳说，3D打印工艺还帮助洛克希德·马丁公司开发了使用纳米颗粒添加剂的独特不锈钢合金。3D打印过程中，需要熔化连续的金属粉末层，从而形成一个快速冷却的“焊接坑”，将微小的结构锁在里面，这是传统铸造技术无法做到的。“这对整个合金行业都有影响，”他说。它可以使船只更耐腐蚀，桥梁更耐损坏，摩天大楼更高更安全，和压力容器根据加德纳的说法，能够更好地执行，以及改善航天器的热和电气性能。
速度障碍
由于对速度的要求是以分钟而不是小时来衡量的，而且对产量的要求极高，福特汽车公司(Ford Motor Co.)无法使用3D打印来制造生产部件。但随着3D打印机材料在性能和耐久性方面的提高，福特汽车公司增加了它的使用在几个领域。例如，它使用3D打印流程制造用于创建生产部件的工具。
3D打印技术专家哈罗德•西尔斯(Harold Sears)表示:“模具非常昂贵，所以我们从中发现了一个很好的好处。”福特公司还使用3D打印机制造进气歧管原型，可以进行高达10万英里的循环测试。3d打印的流形原型需要4天时间才能完成，成本为3000美元，而传统制造方法需要4个月和50万美元。
福特使用3D打印工艺创建了一个砂铸模具，用于生产铸金属部件，包括这个用于福特2.7升EcoBoost V6缸体芯的模具，该缸体芯用于2015年的F-150卡车。来源:福特。
福特还利用这种技术制造出了“桥接部件”，这些部件可以包括在非生产的汽车装配中，直到传统制造的部件可用为止，并将其作为在一个步骤中制造出一种以上材料的部件的一种方法。例如，一个把手，包括硬塑料和软橡胶组件通常需要两步过程时，使用传统的制造技术。
与洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)一样，福特也在考虑使用3D打印技术按需生产一些替换零件。“我们是否只保留那个零件的电子数据，然后根据需要进行生产?”未来你会看到更多这样的情况，”西尔斯表示。他希望找到小批量的应用，这样他的团队就可以进行3d打印机优化设计，从而减轻最终产品的重量和成本。
但是，他补充说，这些材料仍然很昂贵，要想模仿当今生产部件的材料特性，它们还有很长的路要走，而且工程师们还不习惯为加法制造进行设计。他表示:“人们可能需要数年时间才能熟练掌握复杂的几何知识。”
但是，工程师们可以在低成本的台式3D打印机上进行试验，再加上刚毕业的工程师们已经熟悉3D设计和构建概念，这些都加速了这一进程。“我们最新一代的工程师和设计师是在三维思维中成长起来的，”贝扎说。Gardner补充说，通过提供台式3D打印机的使用，洛克希德·马丁公司能够“提高这种能力，磨练技能，建立信心。”
在福特，西尔斯目前满足于制造在原型应用中更有用的部件。大部分活动是自包含的，很少涉及IT。“但在未来，如果模特能够下载数据文件，并在自己的3D打印机上打印出来，就会有更多的参与。”
3d打印的塑料工具有助于在空中客车飞机上安装管道。该公司说，这些工具很坚固，而且不太可能划伤正在安装的对象。来源:空客
空客公司还利用3D打印的热塑性塑料制造辅助装配的工具，如钻井指南、夹具和一个简单的手动工具，用于将液压管道安装到飞机上。Cobb说，对于熔融沉积建模来说，“制造车间的模具是目前最大的增长领域之一”。
结束游戏
那么这一切对它意味着什么呢?随着3D打印成为贯穿整个供应链的设计和制造领域的颠覆性技术，它将成为一个关键的推动因素。“CIO对于企业先进制造的成功至关重要，”Betza说。
DeFelice说:“从原型打印到高价值、关键项目的打印，IT环境必须在安全和系统质量方面更加健壮。”“你会看到硬件和软件的复杂整合，与ERP、质量系统和物流相衔接。还有很多新问题需要通过它来解决，但这些问题还没有被关注。”
Betzer说，首席信息官应该将工程和制造作为他们的核心任务，并开始对话。“企业要想成功，就必须与这两大学科紧密合作。”
这篇文章中,3D打印开始投入生产，最初发表于Computerworld.com。
罗伯特·米切尔是《计算机世界》的国家通讯员。在Twitter上关注他twitter.com/rmitch，或发电子邮件至rmitchell@computerworld.com。
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这个故事，《3D打印进入生产》最初是由《计算机世界》 。