3D打印的發(fā)展是3D CAD市場(chǎng)發(fā)展的寫照

    從事 3D CAD 行業(yè) 20 多年以來，我非常幸運(yùn)率先目睹了 3D CAD 技術(shù)從初期開發(fā)到獲得主流采用的整個(gè)發(fā)展歷程。 ——SolidWorks Corporation 創(chuàng)辦人與總監(jiān)Z Corporation Jon Hirschtick

    從早期在 Computervision 工作到創(chuàng)辦和發(fā)展 SolidWorks Corporation，我一直致力于探尋一些推動(dòng)當(dāng)今 3D CAD 廣泛采用并使之成為產(chǎn)品開發(fā)主要平臺(tái)的因素。3D CAD 在 20 世紀(jì) 70 年代只是粗略嘗試，但是它必須發(fā)展并成熟起來，以制作商業(yè)可行的設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，而如今這些應(yīng)用軟件已成為標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)言之，3D CAD 必須更加經(jīng)濟(jì)和易用，功能更強(qiáng)大，以替代 2D 設(shè)計(jì)系統(tǒng)而成為產(chǎn)品開發(fā)的首選途徑。20 世紀(jì) 80 年代，3D CAD 系統(tǒng)價(jià)格昂貴且非直觀，而后來發(fā)展成為“適合所有人”的系統(tǒng)。

    這個(gè)突破性的發(fā)展出現(xiàn)在20 世紀(jì) 90 年代，而如今 3D CAD 系統(tǒng)已成為典范，在所有已安裝的 CAD 系統(tǒng)中占有很大百分比，這個(gè)比例還在不斷增長(zhǎng)�？焖僭�型技術(shù)的發(fā)展過程非常相似，并以如今的 3D 打印系統(tǒng)而達(dá)到頂峰。Geoffrey A. Moore 在其暢銷書《跨越鴻溝》中描述了技術(shù)采用生命周期的各個(gè)階段，這些階段適用于所有新技術(shù)，包括 3D 打印和 3D CAD。

    幾乎所有新技術(shù)都會(huì)有一些早期采用者和主流用戶，前者傾心新技術(shù)，他們樂于接受一定程度的風(fēng)險(xiǎn)和混亂，以此來換取解決方案帶來的潛在利益，而后者更加謹(jǐn)慎，他們?cè)诮鉀Q方案所帶來的利益與變化所造成的影響之間進(jìn)行權(quán)衡比較。早期采用者會(huì)應(yīng)對(duì)不成熟系統(tǒng)所固有的困難，而主流用戶則會(huì)等到一定的成熟度，以確保經(jīng)證實(shí)的切實(shí)成果。在一項(xiàng)技術(shù)成為主流之前，必須跨越一系列“鴻溝”，從新興、喜歡擁有、偶爾使用，到經(jīng)證實(shí)、“適合所有人”、大量使用以及提供確切好處。

    就快速原型而言，最初的粗略嘗試出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 80 年代，隨后 90 年代出現(xiàn)了第一批可以使用的系統(tǒng)。早期的快速原型系統(tǒng)，如立體平面打印術(shù)，不僅速度慢、價(jià)格高（機(jī)器和用于制造原型的材料均是如此），而且還需要專門的操作環(huán)境和技術(shù)。近年來隨著 3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)，開發(fā)人員克服了許多阻礙，使快速原型技術(shù)得到廣泛采用，正如 CAD 供應(yīng)商解決 3D 設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件獲得主流應(yīng)用的障礙一樣。3D CAD 現(xiàn)已跨越鴻溝，成為業(yè)界典范。3D 打印正經(jīng)歷著相同的過程，如今正面臨著推動(dòng)該技術(shù)得到大規(guī)模采用的關(guān)鍵問題。由于 3D 打印是快速原型的標(biāo)準(zhǔn)，因此該技術(shù)通過縮短上市時(shí)間、改進(jìn)信息傳遞、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及增強(qiáng)創(chuàng)新，使制造部門從 3D CAD 獲得更大利益。

    速度、經(jīng)濟(jì)和易用

    如今的 3D 打印機(jī)在促進(jìn)其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素方面已邁了一大步。這些因素即是速度、經(jīng)濟(jì)和易用性。正如 3D CAD 必須足夠快速、經(jīng)濟(jì)和易用才能使制造商將這項(xiàng)技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)采用一樣，3D 打印當(dāng)前正關(guān)注性能、成本和可用性問題，這些問題阻礙了第一批可使用的快速原型系統(tǒng)得到廣泛采用：

    速度 – 早期系統(tǒng)生成原型的時(shí)間通常需要幾天到整夜，這雖然在油泥模型/加工時(shí)代表現(xiàn)出巨大進(jìn)步，但其速度仍然太慢，因而無法在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中獲得最大好處。為使物理原型能在前期概念設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和生產(chǎn)過程中為工程師們帶來利益，必須大大縮短生成原型的時(shí)間。工程師們需要能夠在短時(shí)間內(nèi)快速掌握大量設(shè)計(jì)概念，這樣才能縮短設(shè)計(jì)周期、降低制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量并激發(fā)創(chuàng)新。通過使用 3D 打印，績(jī)效得到顯著提高。過去需要幾天，而現(xiàn)在只要幾個(gè)小時(shí)就能完成，將來的 3D 打印速度會(huì)越來越快。

    經(jīng)濟(jì) – 早期的快速原型系統(tǒng)與許多成本超過 10 萬美元的系統(tǒng)相比成本較低。但生產(chǎn)原型所用的材料具有一定毒性且價(jià)格昂貴，阻礙其得到廣泛采用和日常使用。

    隨著 3D 打印機(jī)的出現(xiàn)，系統(tǒng)成本大幅降低，如今制造商只要投資 3 萬美元左右就能擁有穩(wěn)定的 3D 打印系統(tǒng)。3D 打印機(jī)所用材料的價(jià)格也有所降低，使工程師們生產(chǎn)原型的成本降到每件 10 到 20 美元。

    易用 – 早期的快速原型系統(tǒng)需要高度培訓(xùn)和專業(yè)技術(shù)，以及專門的操作環(huán)境，而 3D 打印機(jī)可在任何辦公場(chǎng)所使用，只需經(jīng)過有限培訓(xùn)，并構(gòu)成 3D CAD 系統(tǒng)的自然輸出設(shè)備。正如 2D 打印機(jī)支持文字處理和 2D 繪圖應(yīng)用程序 2D 文檔的物理輸出一樣，3D 打印機(jī)支持 3D CAD 模型的物理輸出。制造商不再需要專門的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或機(jī)械車間來生產(chǎn)原型，也不再需要授權(quán)的原型專家。擁有 3D 打印機(jī)，工程師們能更輕松地操作設(shè)備。只要會(huì)使用 3D CAD 系統(tǒng)，那么操作 3D 打印機(jī)可謂是輕車熟路。

    提高模型質(zhì)量

    另一個(gè)推動(dòng) 3D 打印技術(shù)得到廣泛采用的重要發(fā)展是物理模型的質(zhì)量。早期的快速原型系統(tǒng)只具備有限的輸出選件。由于老式機(jī)器無法制作小而復(fù)雜的細(xì)節(jié)，因此公司只能制作低分辨率模型。零件質(zhì)量通常較差，比較脆且容易損壞，而且只提供單色。最后一次看到黑白 3D CAD 模型是什么時(shí)候？

    由于引入 Z Corporation 的高分辨率彩色 3D 打印功能，模型質(zhì)量達(dá)到了新水平。與計(jì)算機(jī)屏幕上的 CAD 圖像相比，3D 原型能夠觸摸、感覺以及握住，因而能向工程師們傳遞更多信息。向混合模型添加顏色后，工程師們即可通過目視和觸摸來研究并充分理解設(shè)計(jì)原型。就機(jī)械設(shè)計(jì)而言，顏色對(duì)于區(qū)分復(fù)雜組件的各個(gè)零件是非常必要的，這也是 CAD 系統(tǒng)采用色彩的原因。3D 打印的色彩控制如此精確，工程師可以為模型中的每個(gè) 3D 像素設(shè)置 24 位彩色。

    徽標(biāo)放置、彩色編碼分析結(jié)果的覆蓋圖以及注解只是高分辨率彩色 3D 打印一些其它優(yōu)點(diǎn)，該打印技術(shù)所提供的好處已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工程范圍，為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、客戶反饋和銷售/營(yíng)銷投入提供了有利時(shí)機(jī)。由于性能提高、成本降低、使用更簡(jiǎn)單，因此使原型模型的質(zhì)量得到了改進(jìn)，從而使 3D 打印所帶來的好處更為突出、確切和實(shí)際。

    推動(dòng) CAD 從 2D 向 3D 遷移

    有趣的是，盡管 3D 打印獲得廣泛采用所遵循的發(fā)展軌跡與 3D CAD 相同，但由于3D 打印技術(shù)簡(jiǎn)單、快速且經(jīng)濟(jì)，為 2D CAD 向 3D 設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件轉(zhuǎn)化提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)，因此現(xiàn)在這兩種技術(shù)相輔相成。

    盡管 3D CAD 的優(yōu)點(diǎn)已得到證實(shí)，但許多制造商仍繼續(xù)使用 2D 系統(tǒng)。原因之一是許多部門（包括使用 3D CAD 的部門）的最終設(shè)計(jì)輸出都是 2D 工程圖。一些制造商選擇不采用 3D，因?yàn)樽罱K交付的仍然是 2D 工程圖。盡管效率不高，但由于能達(dá)到相同目的，因此他們選擇保持現(xiàn)狀，而不是設(shè)法從 2D 遷移到 3D。

    如今，3D 打印技術(shù)已經(jīng)成熟，更加易用且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，并得到證明，許多上述部門認(rèn)識(shí)到 3D 打印可推動(dòng)轉(zhuǎn)向 3D CAD。當(dāng) 2D CAD 用戶意識(shí)到 3D CAD 系統(tǒng)不僅能提供以前的工程圖，而且當(dāng)與 3D 打印結(jié)合使用時(shí)，還能讓他們用手握住零件，便會(huì)促使他們最終轉(zhuǎn)向 3D。令他們感興趣的可能是 3D CAD 增強(qiáng)的可視性和更大的用途，但 3D CAD 與 3D 打印的結(jié)合無疑開辟了一個(gè)具有無限可能的新世界。對(duì)許多部門而言，3D 打印表現(xiàn)出轉(zhuǎn)到 3D CAD 的最大優(yōu)點(diǎn)。

    3D 打印就技術(shù)而言是不可思議的，不僅令人回想起星際旅行系列的“復(fù)制機(jī)”。除“太棒了”以外，3D 打印已足夠成熟，已從最初引起人們好奇的技術(shù)跨越到即將進(jìn)入黃金時(shí)代的經(jīng)過證明的受益應(yīng)用軟件。3D 打印沿襲與 3D CAD 相同的道路，現(xiàn)在已經(jīng)“適合所有人”。幾年后，3D ?印將得到廣泛應(yīng)用，它向工程師們提供獲得洞察力的工具，使他們能夠發(fā)揮想象，還可以向制造商提供解決方案，使其在不斷增長(zhǎng)的全球市場(chǎng)中提升競(jìng)爭(zhēng)地位。