COVID-19后3D打印和制造的未來

?? ? ?通過持續(xù)應對流行病等重大破壞，cOVID-19在繼續(xù)“一切照舊”的過程中暴露了傳統(tǒng)制造業(yè)供應鏈的局限性。該病毒最初席卷了中國，后者在全球價值鏈的核心地位處于領先地位，并停止了許多工業(yè)生產，從而嚴重破壞了國內和國際貿易流。制造業(yè)活動和全球貿易的最初放緩造成了基本用品的嚴重短缺，其中包括對這種流行病至關重要的醫(yī)療用品，如面罩，通風機。

?? ? ?由于COVID-19和嚴格的封閉措施嚴重破壞了全球制造業(yè)供應鏈，因此3D打印行業(yè)正因其及時性，最少的人為干預以及該技術的可承受性而獲得了發(fā)展動力。 3D打印是一種添加（添加多層）制造過程，涉及快速原型制作和根據(jù)計算機輔助設計模型生產三維（3D）實體。它最常用于產品原型制作和單個零件的制造中，并且比傳統(tǒng)技術快許多倍。簡而言之，增材制造技術允許在幾分鐘到幾小時內按需制造物理組件。它通過支持按需生產關鍵醫(yī)療用品（例如測試拭子，呼吸機組件之類的醫(yī)療設備以及包括面罩和呼吸器組件在內的個人防護設備（PPE）），在抗擊大流行中成為許多人的救星。

?? ? ?在英國的3DCrowdUK，一個3D打印志愿者社區(qū)正在彌合傳統(tǒng)PPE供應鏈中的空白。該非營利組織在成立后的四個月內（3月至6月）設法為英國全國衛(wèi)生服務局（NHS）和一線工人提供了200,000副面罩。

?? ? ?COVID-19之后的制造

?? ? ?從醫(yī)療到汽車和消費電子，3D打印技術已在多個工業(yè)領域中使用。例如，汽車制造商大眾汽車（Volkswagen）多年來一直使用增材制造技術為其多種汽車生產大量單個零件。另一方面，寶馬集團在2019年生產了300,000多個“印刷”零部件，旨在使零部件的生產對于批量生產更加有效，并加快開發(fā)過程。上個月末，這家汽車專業(yè)公司在德國慕尼黑開設了一家新的1500萬歐元的工廠（增材制造園區(qū)），用于3D打印的生產，研究和培訓。美國國家航空航天局（NASA）也在為其太空制造（ISM）項目測試3D打印技術，該項目旨在實現(xiàn)在長期或長期太空飛行任務中基本上按需進行備件，工具和材料的異地制造，從而使它們更獨立于地球。

?? ? ?支持技術的制造過程（例如3D打?。┎粌H可以加快物理對象的設計和生產過程，還可以通過本地化生產來縮短供應鏈。 3D打印非常適合快速原型制作，在創(chuàng)建過程中進行設計調整并根據(jù)消費者要求個性化產品，這與傳統(tǒng)的制造技術不同，傳統(tǒng)的制造技術無法提供相同的速度和靈活性來進行個性化產品和設計調整。另外，使用3D打印機進行制造有助于改善倉庫管理，因為它允許按需生產商品，因此不必擔心存儲商品。這種方法還可以最大程度地減少人為干預，這對于在工作場所實施新的社會疏離常態(tài)至關重要。

?? ? ?但是，盡管具有所有這些優(yōu)點，但3D打印并不是制造業(yè)的奇跡解決方案，并且由于以下方面的局限性，盡管可以使用幾年，但3D打印尚未大規(guī)模采用：

?? ? ?材料和尺寸限制：可用于3D打印機的材料選擇有限（塑料是最優(yōu)選的材料），從而限制了其工業(yè)應用。此外，導致只能生產小物件的受限制的構建尺寸（小腔室）也是促使制造商抵制傳統(tǒng)制造方法的一個因素，該傳統(tǒng)制造方法可實現(xiàn)大物件的生產同時提供多種材料選擇。

?? ? ?體積限制：與傳統(tǒng)技術（如注塑成型）相比，增材制造不是大規(guī)模生產的理想選擇，傳統(tǒng)技術適合于以高精度和高細節(jié)進行大規(guī)模生產。這是將3D打印納入大批量行業(yè)主流的障礙之一。

?? ? ?數(shù)字技能：3D打印技術需要在產品原型制作，逆向工程以及對象生產中涉及的其他過程方面的高技能和專業(yè)知識。

?? ? ?較高的初始資本投資：工業(yè)3D打印機比制造中使用的傳統(tǒng)技術和材料要貴。

?? ? ?從上述挑戰(zhàn)和局限性可以明顯看出，增材制造技術還不夠成熟，不能被認為是制造業(yè)中傳統(tǒng)技術的替代品。 3D打印可以用作支持技術，而不是成熟的制造技術，直到解決了在使用和廣泛采用過程中遇到的所有挑戰(zhàn)。

?? ? ?值得注意的是，3D打印技術已經存在了數(shù)十年，但其潛力仍在發(fā)揮。以前，它僅用于創(chuàng)建原型，現(xiàn)在其用例已擴展到此范圍之外。在未來幾年中，包括材料選擇和批量生產在內的3D打印技術的進一步發(fā)展將推動其普及率，并使其成為所有行業(yè)的主流。

?? ? ?法律法規(guī)環(huán)境

?? ? ?盡管3D打印是在數(shù)字化和自動化時代轉變制造供應鏈的有前途的技術，但有關其用法的法律和法規(guī)變更仍未得到解決。包括知識產權侵權，質量保證和公共安全在內的法律挑戰(zhàn)正在阻礙這種潛在變革性技術的廣泛使用。

?? ? ?但是，大流行和隨之而來的必需品短缺正在改變3D打印技術的法律面貌。鑒于持續(xù)的緊急情況，當局暫時放寬了生產3D打印材料的一些法規(guī)要求。例如，美國食品和藥物管理局（FDA）已認可3D打印的公共用途，以幫助滿足某些產品的需求。 2020年3月，F(xiàn)DA在COVID-19緊急情況下回答了有關實體3D打印或購買設備，附件，組件和/或零件的一些常見問題。它包括從設備階段到成品設備的過程驗證和接受活動的3D打印設備的建議和技術注意事項。 FDA批準了呼吸機，呼吸機管路連接器和呼吸機配件（例如用于多路復用呼吸機的3D打印管路連接器）的緊急使用授權（EUA）。

?? ? ?這場危機可能會改善監(jiān)管環(huán)境以及3D打印的技術和機械方面。沒有嚴格的法律和法規(guī)，基本上涉及復制和復制物理對象的3D打印技術可能導致IP的廣泛侵犯，包括產品版權，商標，專利等。例如，3D打印的設計通?？梢栽诰W上自由分發(fā)，任何人都可以打印它們，那么誰擁有產品版權？同樣，如果3D打印機的所有者以數(shù)字方式復制了受版權保護的產品，則3D打印機的所有者將對消費者的安全負責，如果后者受到有缺陷的產品，打印產品的人或打印機制造商及所用其他材料的傷害，在產品中？另一個主要問題是3D打印可能導致非法生產危險武器，包括塑料槍，刀和其他可能對公眾造成無法彌補的傷害的物品。

?? ? ?因此，重要的是要有一個明確的法規(guī)環(huán)境，以促進3D打印技術的進一步發(fā)展和廣泛采用，而又不損害公共安全和個人或實體的IP權利。

?? ? ?VisionRI的新興發(fā)展前景卓越中心（COE-EDP）旨在跟蹤全球發(fā)展的轉型軌跡，并致力于將概念化，發(fā)展以及將創(chuàng)新發(fā)展方法，框架和實踐納入主流。