3D打印的發(fā)展是3D CAD市場發(fā)展的寫照

    從事 3D CAD 行業(yè) 20 多年以來，我非常幸運率先目睹了 3D CAD 技術從初期開發(fā)到獲得主流采用的整個發(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當今 3D CAD 廣泛采用并使之成為產(chǎn)品開發(fā)主要平臺的因素。3D CAD 在 20 世紀 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)可行的設計應用軟件，而如今這些應用軟件已成為標準。簡言之，3D CAD 必須更加經(jīng)濟和易用，功能更強大，以替代 2D 設計系統(tǒng)而成為產(chǎn)品開發(fā)的首選途徑。20 世紀 80 年代，3D CAD 系統(tǒng)價格昂貴且非直觀，而后來發(fā)展成為“適合所有人”的系統(tǒng)。

    這個突破性的發(fā)展出現(xiàn)在20 世紀 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，這個比例還在不斷增長�？焖僭�型技術的發(fā)展過程非常相似，并以如今的 3D 打印系統(tǒng)而達到頂峰。Geoffrey A. Moore 在其暢銷書《跨越鴻溝》中描述了技術采用生命周期的各個階段，這些階段適用于所有新技術，包括 3D 打印和 3D CAD。

    幾乎所有新技術都會有一些早期采用者和主流用戶，前者傾心新技術，他們樂于接受一定程度的風險和混亂，以此來換取解決方案帶來的潛在利益，而后者更加謹慎，他們在解決方案所帶來的利益與變化所造成的影響之間進行權衡比較。早期采用者會應對不成熟系統(tǒng)所固有的困難，而主流用戶則會等到一定的成熟度，以確保經(jīng)證實的切實成果。在一項技術成為主流之前，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、“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 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，不僅速度慢、價格高（機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。近年來隨著 3D 打印技術的出現(xiàn)，開發(fā)人員克服了許多阻礙，使快速原型技術得到廣泛采用，正如 CAD 供應商解決 3D 設計應用軟件獲得主流應用的障礙一樣。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，如今正面臨著推動該技術得到大規(guī)模采用的關鍵問題。由于 3D 打印是快速原型的標準，因此該技術通過縮短上市時間、改進信息傳遞、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質量以及增強創(chuàng)新，使制造部門從 3D CAD 獲得更大利益。

    速度、經(jīng)濟和易用

    如今的 3D 打印機在促進其廣泛應用的關鍵因素方面已邁了一大步。這些因素即是速度、經(jīng)濟和易用性。正如 3D CAD 必須足夠快速、經(jīng)濟和易用才能使制造商將這項技術作為標準采用一樣，3D 打印當前正關注性能、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)生成原型的時間通常需要幾天到整夜，這雖然在油泥模型/加工時代表現(xiàn)出巨大進步，但其速度仍然太慢，因而無法在整個產(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計、設計驗證和生產(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間。工程師們需要能夠在短時間內(nèi)快速掌握大量設計概念，這樣才能縮短設計周期、降低制造成本、提高產(chǎn)品質量并激發(fā)創(chuàng)新。通過使用 3D 打印，績效得到顯著提高。過去需要幾天，而現(xiàn)在只要幾個小時就能完成，將來的 3D 打印速度會越來越快。

    經(jīng)濟 – 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格昂貴，阻礙其得到廣泛采用和日常使用。

    隨著 3D 打印機的出現(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 打印機所用材料的價格也有所降低，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)需要高度培訓和專業(yè)技術，以及專門的操作環(huán)境，而 3D 打印機可在任何辦公場所使用，只需經(jīng)過有限培訓，并構成 3D CAD 系統(tǒng)的自然輸出設備。正如 2D 打印機支持文字處理和 2D 繪圖應用程序 2D 文檔的物理輸出一樣，3D 打印機支持 3D CAD 模型的物理輸出。制造商不再需要專門的實驗室環(huán)境或機械車間來生產(chǎn)原型，也不再需要授權的原型專家。擁有 3D 打印機，工程師們能更輕松地操作設備。只要會使用 3D CAD 系統(tǒng)，那么操作 3D 打印機可謂是輕車熟路。

    提高模型質量

    另一個推動 3D 打印技術得到廣泛采用的重要發(fā)展是物理模型的質量。早期的快速原型系統(tǒng)只具備有限的輸出選件。由于老式機器無法制作小而復雜的細節(jié)，因此公司只能制作低分辨率模型。零件質量通常較差，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 模型是什么時候？

    由于引入 Z Corporation 的高分辨率彩色 3D 打印功能，模型質量達到了新水平。與計算機屏幕上的 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計原型。就機械設計而言，顏色對于區(qū)分復雜組件的各個零件是非常必要的，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 3D 像素設置 24 位彩色。

    徽標放置、彩色編碼分析結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，該打印技術所提供的好處已遠遠超出工程范圍，為現(xiàn)場測試、客戶反饋和銷售/營銷投入提供了有利時機。由于性能提高、成本降低、使用更簡單，因此使原型模型的質量得到了改進，從而使 3D 打印所帶來的好處更為突出、確切和實際。

    推動 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 打印技術簡單、快速且經(jīng)濟，為 2D CAD 向 3D 設計應用軟件轉化提供了強有力的基礎，因此現(xiàn)在這兩種技術相輔相成。

    盡管 3D CAD 的優(yōu)點已得到證實，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）的最終設計輸出都是 2D 工程圖。一些制造商選擇不采用 3D，因為最終交付的仍然是 2D 工程圖。盡管效率不高，但由于能達到相同目的，因此他們選擇保持現(xiàn)狀，而不是設法從 2D 遷移到 3D。

    如今，3D 打印技術已經(jīng)成熟，更加易用且經(jīng)濟實惠，并得到證明，許多上述部門認識到 3D 打印可推動轉向 3D CAD。當 2D CAD 用戶意識到 3D CAD 系統(tǒng)不僅能提供以前的工程圖，而且當與 3D 打印結合使用時，還能讓他們用手握住零件，便會促使他們最終轉向 3D。令他們感興趣的可能是 3D CAD 增強的可視性和更大的用途，但 3D CAD 與 3D 打印的結合無疑開辟了一個具有無限可能的新世界。對許多部門而言，3D 打印表現(xiàn)出轉到 3D CAD 的最大優(yōu)點。

    3D 打印就技術而言是不可思議的，不僅令人回想起星際旅行系列的“復制機”。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跨越到即將進入黃金時代的經(jīng)過證明的受益應用軟件。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，使其在不斷增長的全球市場中提升競爭地位。