3D打印是一種深刻顛覆傳統(tǒng)規(guī)則的制造技術。本書揭開了3D打印關于價值創(chuàng)造的奧秘,從制造的角度介紹了3D打印的價值與發(fā)展趨勢。通過獨到的業(yè)界視角、趨勢跟蹤與數(shù)據(jù)分析,本書不僅可幫助讀者建立對3D打印發(fā)展的全局感,而且還通過深度剖析與行業(yè)透視帶給業(yè)界一種思考的邏輯。這種全局感和思考的邏輯是彌足珍貴的,將帶領企業(yè)和個人找到價值創(chuàng)造方向,重塑核心競爭力。
1)本書從限制3D打印發(fā)展的一大主要障礙:思維的局限來入手,剖析了3D打印的顛覆潛力與價值所在,從而系統(tǒng)且本質性地解讀了3 D打印與應用端的結合點與發(fā)展趨勢。
2)目前,針對3D打印的認識存在著許多誤區(qū)。本書提供了一種穿透力,以清除層層認知迷霧,來識別3D打印的潛力所在。
3)本書從實踐、市場、具體工業(yè)應用三方面系統(tǒng)地介紹了3D打印技術,具有全局性、實用性。
4)對于工業(yè)企業(yè)來說,3D打印已經(jīng)不是一種選項,而是必須駕馭的一種技術,否則企業(yè)將在未來競爭中被甩出價值創(chuàng)造的軌道。但如果不能正確地駕馭3D打印,企業(yè)損失的不僅僅是金錢的投入,更是無以彌補的時間與機會成本。本書是了解如何正確駕馭3D打印技術的指南。
5)正如馬云曾提到的未來的制造將不分made
in China, 或者是made in America,而是made in internet。3D打印將以一場結合互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化工業(yè)革命的新型態(tài),深刻改變制造與我們的生活。3D打印是一門實踐性極強的多學科交叉的技術,它將成為每位理工科大學生的必修課,這本書也為他們規(guī)劃了面向下一步和未來的就業(yè)學習藍圖。
為什么要寫這本書本書作者來自于傳統(tǒng)制造業(yè),從傳統(tǒng)制造的視角來理解和解讀3D打印的潛力與發(fā)展趨勢具有很大的優(yōu)勢,因為你必須了解制造,才能通過緊密追蹤3D打印的發(fā)展獲得一種恍然大悟的感覺,你需要多年植根于制造業(yè),才能理解3D打印究竟對于制造業(yè)將要帶來怎樣的第四次工業(yè)革命。我們相信,這種恍然大悟的心得不僅僅存在于我們心中,更存在于類似于GE、歐瑞康、GKN這些企業(yè)。面對3D打印,這些企業(yè)不僅僅在戰(zhàn)略上進行了全盤布局,還感到了一種前所未有的壓力和危機感,因為他們本身的大部分業(yè)務都扎根于傳統(tǒng)制造方式,而他們越來越清晰地看到,以3D打印為代表的增材制造技術將要對他們原有業(yè)務本身的轉型帶來相當大的財務壓力。面對3D打印,如果你感受到的是一種莫名的焦慮感和迫切感,那么這種感覺是正常的;面對3D打印,如果你感到這種技術令人失望,不僅貴還很慢,工藝也很難控制,那么你缺乏對3D打印本質的認識。除了一種恍然大悟的分享驅動,出版本書還源于一種使命感。筆者曾經(jīng)從業(yè)于德國的傳統(tǒng)機加工行業(yè),深知德國的工匠精神是如何深入到基因中的一種難以替代的競爭力,也曾經(jīng)深入了解日本人如何用手工的方式來加工機床的床身部件,這些優(yōu)勢都會在3D打印的發(fā)展中體現(xiàn)出來。我國若要在3D打印領域取得突破,一定不能忽視基礎,一定要正視現(xiàn)實,補齊短板,可謂任重而道遠。除了民族的使命感,還有一種對我們賴以生存的地球的責任感,正如Christopher Barnatt在他的《3D打印,正在到來的工業(yè)革命》一書中所提到的3D打印最終和最重要的潛在益處是對環(huán)境的改變,F(xiàn)在,大量的燃油和其他資源在世界范圍內被用來運送產(chǎn)品,許多東西都經(jīng)過數(shù)百或數(shù)千英里來到我們的手中?紤]到自然資源供應的壓力越來越大,這樣大量的運輸變得不可行,在文化角度上也會變得無法接受。因此,本地制造的需求就會成為3D打印的長期趨勢。此外,不得不說,我們所處的世界,過于喧囂和浮躁。市場上既不懂制造,又沒真實地了解過3D打印技術,也沒有跑過應用端的3D打印專家比比皆是。一些所謂的咨詢和分析機構,僅憑著股價走勢,就對國家政策導向以及3D打印行業(yè)的發(fā)展進行各種不負責任的評論。這些謬論與誤導以一種偽科學的方式出現(xiàn),甚至會影響到傳統(tǒng)制造業(yè)探索3D打印價值的心態(tài),這是有害的。工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中心組織接受了我們的邀請并同意作為組編,針對3D打印普遍存在的誤區(qū),基于成功出版經(jīng)驗,著力于還原3D打印真實潛力與發(fā)展前景,并與市場上現(xiàn)有的3D打印類書籍有極大的差異化,《3D打印與工業(yè)制造》這本書的著力點在于對3D打印的價值與潛力的深刻剖析。此外,與時俱進,根據(jù)3D打印的發(fā)展情況,《3D打印與工業(yè)制造》計劃每兩年更新再版一次。本書特色從章節(jié)安排來說,筆者曾走訪過一些技術上處于制造業(yè)前沿的國內制造企業(yè),但無一例外,這些企業(yè)的制造專家首先想到的是他們手上的產(chǎn)品通過3D打印來制造的話需要多長時間,精度達到什么水平,能否達到鍛造的性能,成本是多少……,很多人從來沒有想過,3D打印的最大優(yōu)勢是用于制造極其復雜的產(chǎn)品,也就是說通過3D打印來完成制造,你的產(chǎn)品與現(xiàn)在產(chǎn)品相比將產(chǎn)生本質上的飛躍。3D打印要釋放潛力,突破傳統(tǒng)制造思維的限制是最重要的。本書從解釋為增材制造而設計的思維開始,抽絲剝繭,通過制造業(yè)關心的出發(fā)點來解讀突破思維限制的方法與軌跡。隨后,通過第二大部分的市場篇將3D打印的宏觀層面與微觀層面的發(fā)展進行逐一剖析,呈現(xiàn)出能夠捕捉和感知3D打印發(fā)展趨勢的全景圖。最后,通過每個具有產(chǎn)業(yè)化機會的細分市場及應用的介紹,結合3D打印技術家族下不同類別的打印技術,將產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向進行逐一清晰的展開與透視。讀者對象1)希望為數(shù)字化制造進行布局的企業(yè)。2)希望了解3D打印并準備就業(yè)的大學生與職校學生。3)對3D打印感興趣的從業(yè)人員和愛好者。如何閱讀此書第一部分實踐篇包括突破思維局限、增材制造的國際標準、成功3D打印零件的要素等內容。實踐篇不僅剖析了3D打印所需要具備的知識是需要跨界的,而且思維意識也需要突破傳統(tǒng)的制約。第二部分市場篇包括3D打印發(fā)展的宏觀層面、微觀層面、戰(zhàn)略布局、數(shù)字化趨勢、各國支持、科研機構、教育等內容。市場篇揭示了3D打印充滿了無限的可能,也布滿了暗礁,不管是政府支持層面,還是企業(yè)經(jīng)營層面,抑或是大學生學習,建立對3D打印發(fā)展的全局觀可以避免很多浪費與彎路。第三部分應用篇包括航空航天、汽車、模具、鑄造、液壓、工業(yè)其他、醫(yī)療、電子、首飾等內容。應用篇的細分章節(jié)中重點剖析了3D打印將要帶給每個細分應用領域的變化,以及3D打印在這些領域的發(fā)展趨勢與前景?闭`與支持3D科學谷力求內容的嚴謹性,但限于時間和人力因素,書中難免有不足之處,如存在失誤、失實,敬請不吝賜教、指正。請通過3D科學谷官方網(wǎng)站www.51shape.com,或官方微信www_51shape_com發(fā)表評論,或者直接發(fā)送郵件至郵箱editor@51shape.com聯(lián)系我們,讓我們在技術之路上共勉共進。致謝感謝工業(yè)和信息化部工業(yè)文化發(fā)展中心的支持。感謝中國3D打印文化博物館對此書出版與發(fā)行的支持。感謝安世亞太科技股份有限公司對本書的支持。感謝3D科學谷德國同事Mrs.Korinna Penndorf在先進的3D打印技術方面所做的溝通工作。最后,特別感謝支持3D科學谷(3D Science Valley)的朋友,你們的熱愛與支持,讓我們在追求目標的過程中更加富有力量,并且堅信3D打印一定會在中國的土壤中成長壯大。
3D科學谷王曉燕
三維世界,全球視角。原創(chuàng)、前瞻、有深度,3D科學谷以行業(yè)洞察與趨勢跟蹤為核心原動力,成為國際上領先的增材制造領域的專業(yè)咨詢機構,通過3D科學谷中國與3D科學谷歐洲的專業(yè)市場分析人員的合作,3D科學谷打造了連接3D打印技術發(fā)展與傳統(tǒng)制造業(yè)的信息橋梁,成為國際上*有影響力的3D打印界的智囊平臺。3D科學谷的白皮書系列包括3D打印在航空航天、汽車、醫(yī)療等行業(yè)的研究,還包括針對3D打印在牙科、手術器械、輕量化零件、結構性電子、塑料、發(fā)動機、航天行業(yè)、鑄造、散熱器、液壓零件等應用的研究,已經(jīng)成為3D科學谷的標志。本書正是集3D科學谷的市場研究精華之大成,以精辟到位的邏輯整理與分析呈現(xiàn)出3D打印為我們所處的時代所帶來的前所未有的機遇。正確認識和掌握一日千里的3D打印技術的發(fā)展與應用,抓住發(fā)展機遇,請登陸:www.51 is, iest: www.51shape. com.com或3D科學谷微信公眾號。
序
前言
第一部分
實踐篇
第一章突破思維局限2
第一節(jié)突破傳統(tǒng)制造思維的限制3
第二節(jié)為增材制造而設計的規(guī)則6
第三節(jié)重塑產(chǎn)品13
第四節(jié)數(shù)據(jù)賦能增材制造生產(chǎn)17
第五節(jié)仿真提升過程可控性19
第六節(jié)實現(xiàn)輕量化的四種途徑20
第七節(jié)創(chuàng)成式設計23
第八節(jié)小點陣大作用24
第九節(jié)多材料3D打印27
第十節(jié)超材料與3D打印29
第二章增材制造的國際標準31
第一節(jié)ASTM國際標準概述31
第二節(jié)金屬增材制造的現(xiàn)狀與ASTM國際標準32
第三章成功3D打印零件的要素45
第一節(jié)金屬3D打印質量控制的三種方法45
第二節(jié)安全生產(chǎn)53
第三節(jié)后處理對增材制造的影響55
第二部分
市場篇
第四章3D打印的發(fā)展:宏觀層面60
第一節(jié)3D打印進入生產(chǎn)61
第二節(jié)迎接商業(yè)模式的重構63
第三節(jié)國內當前三大接地氣的機會66
第五章3D打印的發(fā)展:微觀層面71
3D打印與工業(yè)制造目錄 第一節(jié)金屬3D打印和冶金加工學72
第二節(jié)多樣化的金屬3D打印技術73
第三節(jié)走向生產(chǎn)的塑料3D打印80
第六章3D打印領導企業(yè)的戰(zhàn)略布局90
第一節(jié)向3D打印發(fā)力的巨無霸們90
第二節(jié)材料巨頭加快增材制造步伐98
第三節(jié)航空航天企業(yè)的多重布局101
第七章3D打印與數(shù)字化制造趨勢107
第一節(jié)3D打印 數(shù)字化生產(chǎn)模式108
第二節(jié)與大數(shù)據(jù)手牽手111
第八章各國政府的支持及科研機構115
第一節(jié)各國政府的支持115
第二節(jié)碩果累累的兩大科研機構121
第九章教育125
第一節(jié)為K12教育服務的生態(tài)圈126
第二節(jié)多學科交叉的高等教育128
第三部分
應用篇
第十章航空航天132
第一節(jié)3D打印成為核心制造技術133
第二節(jié)催生下一代航空制造134
第三節(jié)重新定義航空關鍵零件138
第四節(jié)機身與內飾走向經(jīng)濟性與個性化144
第五節(jié)航天制造新賽道145
第十一章汽車155
第一節(jié)快速原型制造156
第二節(jié)概念車157
第三節(jié)汽車零部件創(chuàng)新159
第四節(jié)定制化夾具制造166
第五節(jié)電動汽車時代為3D打印帶來的機遇167
第六節(jié)切入定制化市場174
第十二章模具176
第一節(jié)3D打印模具的廢與立177
第二節(jié)注塑模具與隨形冷卻水路178
第三節(jié)更多的隨形冷卻182
第四節(jié)輪胎制造的新思路183
第五節(jié)快速模具的快意184
第十三章鑄造186
第一節(jié)砂型鑄造188
第二節(jié)熔模鑄造192
第十四章液壓195
第一節(jié)液壓市場不平凡195
第二節(jié)液壓歧管的瘦身故事197
第三節(jié)機械中不尋常的液壓系統(tǒng)199
第四節(jié)復雜性驅動液壓增材制造200
第五節(jié)液壓制造商發(fā)力3D打印202
第十五章工業(yè)其他204
第一節(jié)燃氣輪機制造204
第二節(jié)核工業(yè)208
第三節(jié)刀具209
第四節(jié)后市場211
第五節(jié)再制造214
第十六章醫(yī)療218
第一節(jié)手術預規(guī)劃219
第二節(jié)植入物221
第三節(jié)牙科232
第四節(jié)康復醫(yī)療器械240
第五節(jié)芯片上的實驗室246
第十七章電子249
第一節(jié)印刷電子與硅基微電子249
第二節(jié)PCB快速原型251
第三節(jié)小批量制造252
第四節(jié)幾種有生產(chǎn)潛力的應用253
第五節(jié)3D打印與物聯(lián)網(wǎng)256
第十八章首飾257
第一節(jié)首飾的兩種打印方式258
第二節(jié)互聯(lián)網(wǎng) 首飾定制261
附錄技術名詞265
參考文獻268