根據(jù)AMPOWER市場(chǎng)研究，2020年全球聚合物（塑料）3D打印的整體市場(chǎng)規(guī)模為51.4億歐元（約402億人民幣），預(yù)計(jì)2025年包括聚合物3D打印系統(tǒng)、材料及零件生產(chǎn)在內(nèi)的整體塑料3D打印市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)105億歐元（約822億人民幣）。

近年來(lái)，粉末床、光聚合、材料擠出與材料噴射這四大類(lèi)聚合物3D打印工藝取得了不同程度的發(fā)展。在3D打印材料、設(shè)備及面向大批量生產(chǎn)的增材制造服務(wù)商與富有創(chuàng)新力的終端用戶等企業(yè)的共同推動(dòng)下，塑料3D打印技術(shù)呈現(xiàn)出明顯的超越原型，走向最終零部件生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，尤其是在小批量生產(chǎn)和復(fù)雜零部件規(guī)?；a(chǎn)中發(fā)揮著日益重要的作用。

3D打印與創(chuàng)新基因的結(jié)合

自行車(chē)制造商Specialized在過(guò)去的25年中，在產(chǎn)品研究和創(chuàng)新方面投入了大量資金，目標(biāo)是改善騎手的騎行體驗(yàn)。然而，傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)和材料（尤其是泡沫材料）為產(chǎn)品創(chuàng)新帶來(lái)的可能性在某些時(shí)候已出現(xiàn)瓶頸，這種情況在Specialized希望在自行車(chē)的舒適性和騎手穩(wěn)定性方面進(jìn)一步提升時(shí)尤為明顯。

3D打印技術(shù)幫助Specialized打破了瓶頸。在這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，Specialized開(kāi)始探索通過(guò)增材制造-3D打印實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自由設(shè)計(jì)、快速開(kāi)發(fā)，以及進(jìn)行最終產(chǎn)品的生產(chǎn)。Specialized對(duì)于3D打印技術(shù)的應(yīng)用分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行新設(shè)計(jì)原型開(kāi)發(fā)，顯著縮短開(kāi)發(fā)周期，第二個(gè)階段是通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行最終產(chǎn)品的直接生產(chǎn)。

大約在2016年，Specialized購(gòu)買(mǎi)了第一臺(tái) Carbon（愷奔）公司 M1 3D打印機(jī)，用于原型設(shè)計(jì)和測(cè)試。該設(shè)備基于Carbon數(shù)字光處理（Digital Light Synthesis?, DLS?）增材制造工藝。引入這臺(tái)設(shè)備后，Specialized自行車(chē)零件的研發(fā)速度有了顛覆性改變。Specialized能夠利用3D打印技術(shù)將自行車(chē)鞍座的整體開(kāi)發(fā)周期從典型的18-23個(gè)月，縮短到13個(gè)月。

同樣是在2016年，Carbon與?？耸?lè)（OECHSLER）建立了合作伙伴關(guān)系，基于Carbon數(shù)字光合成?（Carbon DLS?）3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展生產(chǎn)流程，為一全球著名體育用品品牌規(guī)?；a(chǎn)不同3D打印體育用品零件。?？耸?lè)建立起大規(guī)模塑料零件增材制造的產(chǎn)能，其位于德國(guó)、美國(guó)和中國(guó)（太倉(cāng)）的全球生產(chǎn)基地?fù)碛?50多臺(tái)3D打印機(jī)，自2019年以來(lái)，每年生產(chǎn)超過(guò)100萬(wàn)個(gè)3D打印零件。

時(shí)至2020年，Specialized與?？耸?lè)都在DLS? 3D技術(shù)方面積累了深厚的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。雙方以“打造最舒適的性能自行車(chē)鞍座”為目標(biāo)，展開(kāi)了合作。Specialized基于Carbon的3D打印技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一種Mirror技術(shù)驅(qū)動(dòng)的S-Works 創(chuàng)新產(chǎn)品，基于增材制造思維的設(shè)計(jì)將產(chǎn)品功能擴(kuò)展到了前所未有的水平。懷著進(jìn)一步突破的愿景，Specialized在近期又推出了采用Mirror技術(shù)的下一代自行車(chē)座產(chǎn)品S-Works Romin Evo。

■該產(chǎn)品的創(chuàng)新是Specialized、Carbon和裕克施樂(lè)之間密切合作的結(jié)果，代表著獨(dú)特的騎行體驗(yàn)。當(dāng)三家公司在2020年下半年走到一起之后，解決了S-Works Romin Evo自行車(chē)鞍座從開(kāi)發(fā)到增材制造批量生產(chǎn)過(guò)程中存在的挑戰(zhàn)。

從快速研發(fā)迭代到批量生產(chǎn)，賦能附加值創(chuàng)造

S-Works Romin Evo自行車(chē)座的開(kāi)發(fā)，首先需要分析騎行測(cè)試人員的反饋，從壓力測(cè)試中收集數(shù)據(jù)，并使用以前開(kāi)發(fā)過(guò)程的結(jié)果。Carbon和?？耸?lè)的工程師將這些轉(zhuǎn)化為技術(shù)規(guī)范。

新產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的時(shí)間非常有限，但合作團(tuán)隊(duì)基于 DLS? 3D打印技術(shù)，在設(shè)計(jì)階段開(kāi)發(fā)和測(cè)試了14種不同的設(shè)計(jì)，短迭代周期使得設(shè)計(jì)部門(mén)能夠收集大量數(shù)據(jù)，在一個(gè)典型的設(shè)計(jì)迭代循環(huán)中，包括測(cè)試、收集和分析數(shù)據(jù)，并將這些體現(xiàn)在設(shè)計(jì)迭代中，平均21天。

■S-Works Romin Evo 3D打印車(chē)座與傳統(tǒng)泡沫車(chē)座壓力圖對(duì)比

實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品研發(fā)的快速迭代，僅是合作團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)之一。另一個(gè)重要任務(wù)是利用增材制造設(shè)計(jì)思維，改變騎行車(chē)鞍座的設(shè)計(jì)，帶來(lái)新一代的創(chuàng)新產(chǎn)品。S-Works Romin Evo是為高性能自行車(chē)市場(chǎng)而開(kāi)發(fā)的，必須滿足騎手感知舒適度、骨盆穩(wěn)定性和軟組織健康方面的最高水平。座椅舒適度差會(huì)導(dǎo)致受傷和擦傷，從而直接影響騎車(chē)人的表現(xiàn)。

顯然，Specialized需要的并不僅是一款自行車(chē)鞍座，還有該產(chǎn)品為騎手帶來(lái)的附加值。Specialized、Carbon和?？耸?lè)更深層的合作，正是為自行車(chē)最終用戶創(chuàng)造全新的騎行體驗(yàn)。

■這款自行車(chē)鞍座的核心技術(shù)是3D打印晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的阻尼和能量恢復(fù)特性可通過(guò)晶格的幾何形狀，2萬(wàn)2千個(gè)晶格連桿的厚度及晶胞尺寸進(jìn)行編程來(lái)得以實(shí)現(xiàn)

憑借3D打印技術(shù)能夠制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，S-Works Romin Evo自行車(chē)座中的不同區(qū)域具有不同的3D打印晶格結(jié)構(gòu)，從而具有不同的阻尼特性并帶來(lái)更好的舒適性。

根據(jù)裕克施樂(lè)的數(shù)據(jù)，總體而言，與傳統(tǒng)泡沫材料相比，自行車(chē)座壓力降低了18%-26%。從S-WorksRomin Evo自行車(chē)座長(zhǎng)260mm，寬143mm或155mm，重190g。產(chǎn)品設(shè)計(jì)原型確定之后，將進(jìn)入到產(chǎn)品批量生產(chǎn)階段。?？耸?lè)基于最終的設(shè)計(jì)原型優(yōu)化了用于批量制造的3D打印文件，以在不影響性能和設(shè)計(jì)的情況下提高產(chǎn)量、加快生產(chǎn)并減少對(duì)環(huán)境的影響。

為了實(shí)現(xiàn)S-Works Romin Evo自行車(chē)座的啞光外觀，需要對(duì)3D打印車(chē)座再進(jìn)行后處理。?？耸?lè)的工藝專(zhuān)家針對(duì)這一需求，在四個(gè)月內(nèi)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證了一種基于激光的超輕后處理工藝。

在?？耸?lè)加入S-Works Romin Evo 3D打印自行車(chē)座的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目之后，從確定設(shè)計(jì)原型到產(chǎn)業(yè)化時(shí)間為六個(gè)月，總共在十個(gè)月內(nèi)完成了從設(shè)計(jì)到增材制造批量生產(chǎn)。

高品質(zhì)消費(fèi)品創(chuàng)新的更多期待

以上案例中的Specialized是一家致力于在其產(chǎn)品的所有方面為其自行車(chē)用戶創(chuàng)造價(jià)值的企業(yè)。創(chuàng)新是Specialized基因的一部分，在此過(guò)程中，他們不斷突破傳統(tǒng)制造技術(shù)的界限，并在自行車(chē)市場(chǎng)設(shè)立新標(biāo)準(zhǔn)。

以增材制造-3D打印技術(shù)作為產(chǎn)品創(chuàng)新及制造方式，在創(chuàng)新思維、供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)型、工藝本身仍存在挑戰(zhàn)。道阻且長(zhǎng)，行則將至。無(wú)論是自行車(chē)座，還是其他體育器械，汽車(chē)內(nèi)飾，家具，高端美妝產(chǎn)品包裝……增材制造與消費(fèi)品制造商的創(chuàng)新基因相結(jié)合，在制造具有更高性能、更高品質(zhì)或者前所未有的創(chuàng)新產(chǎn)品領(lǐng)域的潛力值得期待。