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[交流] 【3D打印开花宣言】已有12人参与

【3D打印开花宣言】(上)人人皆可制造的时代

2013/03/08 00:00

【日经BP社报道】3D打印机的制造业认知度突然大增。3D打印的市场正要开花，制造业正要因此而掀起一场重大变革。这种变化对制造业而言是威胁还是推动力？让我们一起展望未来。

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随着3D打印机*1的普及，制造业的世界面临重大变化。在既有常识未能想到的领域，来自3D打印的产品和服务已经开始展露头角。

*1　3D打印机：文中的3D打印机是指根据3D数据制作截面图，通过逐层叠加材料制造立体形状的所有使用Additive Manufacturing技术的装置。一般多指从可动喷头喷射材料成型，也就是利用印刷技术的装置。通过激光照射使光固化树脂硬化，或者烧结金属和树脂粉末形成立体形状的类型有时并不称为3D打印机。

2013年1月，芬兰诺基亚（Nokia）公开了该公司手机后盖的3D数据，供用户使用3D打印机进行DIY。企业公开自身产品的3D数据，把制造交给用户可谓是一项划时代的举措。

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   日本的CAD/CAM供应商FASOTEC公司（总部：千叶市）与妇产科诊所广尾Ladies合作，开始提供利用3D打印机为打印腹中胎儿模型的服务。在2013年2月于东京都内举办的一场以情人节为主题的体验活动上，一位女观众制作了自己头像的巧克力，其模具也使用了3D打印机（参见“【3D打印机开花宣言】(下)十大应用案例”）。

   这些事例意味着在今后，原本只是买方的用户将能够成为商品的制作者，能够策划或设计出制造企业以往没有提供的新产品。而且，可以实现向每位用户提供不同产品的终极定制生产模式。于是，在街头巷尾，一场随着3D打印机的普及，用户走进制造业的大变革开始了。

引发变革的3个理由
3D打印机的利用始于制造业的试制步骤。正如把3D打印又称作“快速成型”一样，与以往方法相比，3D打印的最大优点是能在短时间内完成试制品。正因为如此，即便是装置价格高达数百万～1000万日元的3D打印机，也能拥有足够高的性价比。

   近年来在制造业用注射成形或者冲压工艺来制造模具、或者生产线上使用的夹具，扩展了成形以及冲压的应用范围。但这些做法基本上都是对制造业原有加工方式的替代，没有带来现在象3D打印机这样的巨大变革。

   那么，为什么使用3D打印机提供的产品和服务会在今天开始掀起热潮了呢？其背后主要有3个理由。也即源于“装置低价化”、“网络服务的充实”、“造型材料的品种增加”的快速进步。

   “装置低价化”方面，最近几年，向可动喷嘴的尖端供应线状树脂，在喷嘴部分熔化树脂后逐层打印立体模型的3D打印机，接连推出10万日元左右的产品。这使得过去无意使用3D打印机的个人和非制造业企业也萌生了导入3D打印机的想法。

   3D打印机供货量的增加也印证了这一点（图1）。2011年，全世界个人用3D打印机的供货量达到了约2.3万台，激增到了上年的4倍左右，2012年以后增长得应该更快。

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[/td][/tr][tr][td]图1：3D打印机供货量激增
3D打印机供货量不断增加，2011年个人用3D打印机的供货量增加尤为显著。[/td][/tr][/table]
   在“网络服务的充实”方面，随着SNS（社交网络服务）推动的信息交流日趋活跃，3D打印机相关的网络服务（电子市场）等也相继涌现（参见“【3D打印机开花宣言】(下)十大应用案例”）。3D打印机及其作用逐渐为人所知。而且，无需购买3D打印机即可购买到造形物体的环境已经形成。

   在“造型材料的品种增加”方面，3D打印机使用的新材料不断被开发出来，范围甚至覆盖了制造业以外的其他商用领域，比如医疗和食品等。

技术开发速度加快
  那么，随着3D打印机在一般社会中的认知度的快速攀升，今后会发生什么呢？答案是产品开发的进一步加速和市场的进一步扩大。由于3D打印机低价化等因素的推动，3D打印机市场正在扩大，涉足该市场的企业数量也随之增加。企业之间的竞争愈发激烈，从而进一步推动价格的降低、网络服务的充实以及造形材料品种的增加，也就是进入“正循环”（图2）。

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[/td][/tr][tr][td]图2：3D打印机环境的变化
随着造形材料、装置的进化，以及低价格化，用途逐渐扩大，用户层也在壮大。在正循环的作用下，材料和装置进化和低价格化还将继续。[/td][/tr][/table]
   迄今为止，通过在制造业使用3D打印机，使得材料和性能的进步、以及低价格化这一循环过程得到了一定程度的发展。

   而现在出现的正循环，在性质上与以往有着本质上的不同。随着3D打印机覆盖到包括一般民众在内的非制造业领域，制造业以外的丰富资源和技术都将得到运用，从而使技术开发达到一个前所未有的速度*2。低价格化的速度将会更快，造形材料的种类也将激增。

*2　有望朝着传统制造业常识无法想像的崭新方向进化。

   正如智能手机转眼之间取代了普通手机一样，正循环一旦形成，市场就无法马上萎缩。从这个意义上来说，3D打印机市场可以说已经绽放出了美丽的花朵。（未完待续，记者：中山力，《日经制造》）

【3D打印开花宣言】(中)十大应用案例

用户变为制作方

1 DIY智能手机壳

   芬兰诺基亚于2013年1月公开了Windows Phone“Lumia 820”后盖的3D数据“3D-printing Development Kit”。用户可以直接使用该数据，以喜欢的颜色进行3D打印，也可以定制图案。数据包括组装成品的3D数据（下方蓝色部件），以及6个构成组件的3D数据（下方灰色部件）。“Lumia 820”的理念原本就是让用户自由换壳。在美国，这样的后盖售价为25美元。（摄影：诺基亚）

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2 自制选配件

瑞典Teenage Engineering也公开了产品的3D数据，提供了用户利用3D打印机制作部件的机会。该公司在官网上公开了音乐合成器“OP-1”选配件（背带部件等）的3D数据。另外，3D数据还可以通过“Shapeways”网站下载。用户下载数据后，可自己利用3D打印机进行制作，也可以从Shapeways上购买利用3D打印机制作好的成型制品。当然也能买到企业提供的部件。例如，名为“Pitch Bend”的选配件（下图右上方红色部件），在企业的直销网站上售价为9美元，而在“Shapeways”上的成型制品有4种颜色，售价为3.57美元到4.47美元。（照片提供：Teenage Engineering）

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终极定制
3 给用户的设想赋予形状

INCS（总部：东京）经营的3D打印服务“Inter Culture”销售3D打印机成型的各种商品。右下图是装点葡萄酒瓶的装饰品。基本形状由INCS提供，文字（Message）部分由用户定制。左图（发射台）与中下图（运输火箭的车辆）是与万代的“成年人的超合金土星5号运载火箭”一同陈列的商品。运输火箭车辆的诞生源于与消费者之间的意见交流。即便是销量难以估计的产品，也可以使用3D打印机灵活地应对。

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4 任何设计皆可

利用3D打印机可以设计出非常个性的产品。图为3D打印机生产商美国3D Systems的关联企业——荷兰Freedom Of Creation通过Web网站销售的凳子和灯罩。（摄影：3D Systems）

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任何人都可以策划、设计
5 制造世界上独一无二的情人节巧克力

在2013年2月2日和9日举办的“赠送超高档肖像巧克力”体验活动上（东京涩谷“FabCafe”与K's Design Lab（总部：东京）联合主办），参与者首先扫描自己的相貌，获得3D数据，然后利用3D打印机制作原型（左下图）。把原型转印到硅胶模后，只需注入巧克力待其凝固，即可得到酷似自己长相的巧克力（右下图）。参加的近20位女性都是从未接触过3D打印机的普通消费者。通过3D打印机，以前无法想象的服务也可以提供给一般消费者。这个体验活动据说还受到了著名巧克力制造商的关注。3D打印机在食品加工领域今后也有望得到更多活跃的机会。

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6 艺术家跃跃欲试

艺术家也开始使用3D打印机。右图是雕刻家名和晃平的作品。这是2012年在韩国展出的高13×宽15×纵深12m的巨型作品《Manifold》的1/30模型，成型采用3D打印机。制作微缩模型是为了研究光线效果和仰望时的感受。作品前方是人的1/30模型，通过制作微缩模型，可以对展示方式进行模拟探讨。

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7 让观展者亲手触摸的石器复制品
2013年2月2日～3月17日举办的“惊天博物馆藏品展——好奇心穿越时空、跨越世界”（明治大学博物馆、南山大学人类学博物馆、名古屋市博物馆联合策划）展出了埼玉县砂川遗迹出土的旧石器时代石器（国家指定重要文化财产）（下图）。主办单位利用3D打印机制作了石器的复制品，提供给观展者提供了亲手触摸。考古学、文化财产等领域同样是3D打印机活跃的舞台。（摄影：明治大学博物馆、名古屋市立大学研究生院艺术工学研究科）

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8 帮助医生提高技能

医疗机构也在加大对3D打印机的利用。骨骼立体模型（下图）除了外观形状之外，还重现了切断时的质感。通过使内部达到多孔的效果，使用树脂材料可以得到与实际骨骼相同的触感。内脏的立体模型（右下图）是根据患者的CT扫描数据，利用3D打印机制作的立体模型。通过使用透明材料，血管、病灶等内部情况清晰可辨。在向患者说明病情和手术参照等用途中已经得到了应用。（摄影：FASOTEC医学工程中心）

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9 验证医疗器械的功能
对于熟悉医疗器械的功能和操作练习，各式各样人体仿真模型必不可少，腹腔镜手术使用的骨盆仿真模型（左下图）和胸腔镜手术使用的仿真模型（右下图）等都已经投入了实用。不只是医生，这也是医疗器械企业需求强烈的用途。（摄影：FASOTEC医学工程中心）

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10 留下腹中胎儿的成长记录

Fasotec的医学工程中心于2012年7月，与妇产科诊所广尾Ladies（东京惠比寿）合作，启动了名为“天使之形”的3D打印服务。服务的内容是通过MRI拍摄孕妇腹部，母体用透明树脂、胎儿用白色树脂成型（左下图），或是使用在广尾Ladies接受诊断时的3D超声波图像，对胎儿进行局部成型（右下图）。前者的价格约为10万日元，后者约为5万日元。

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销售3D打印机成型品和3D数据的网站

下图是美国3D Systems经营的销售网站“Cubify”的画面。网站除了为该公司的个人3D打印机“Cube”和“CubeX”用户提供信息交流平台之外，还向公众销售3D打印机数据、或者用户上传3D数据，利用Cubify的成型服务制作成品的服务。右图是美国Shapeways经营的市场网站“Shapeways”的画面。该公司不仅使用树脂材料，还拥有可以使用金属材料的3D打印机，立体模型成型服务涉及的材料十分广泛。（未完待续，记者：中山力，《日经制造》）

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1楼 2013-03-11 09:22:53

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acthpn

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目前3D打印机的产品实用性还有待拓展，行业发展突然引人注目有一定资本炒作之嫌。
3D打印技术很早就开始起步，但还有很多技术缺点一直未能解决，材料种类受限制，成品强度需要新的评估方式。
二是生产效率低下，简单的一些小零件一次制造时间非常长，节省了工序并没节省生产时间。
三是目前还需要市场来验证3D打印机的可行性。价格下不来，实现不了利润的转化，必定也阻碍3D打印技术的研发。

3D打印技术还有很长的路要走，个人认为与传统工业不存在对立关系。随着技术越来越高，可能慢慢融入到传统工业中去。传统工业生产方式继续发挥长处，3D打印技术把最新的发现和发明用来弥补传统工业的短板，相辅相成，各司所长。

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10楼2013-03-19 14:34:00

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cxmseven

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2楼2013-03-11 16:58:16

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异_风

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DDDDD

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不能忍，则不足以任败；不任败，则不足以成事。

3楼2013-03-11 20:10:09

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murenyang

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厉害，我等学机械制造的以后干什么

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4楼2013-03-12 16:41:51

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yexuqing

木虫之王 (文学泰斗)

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（下）试制门槛降低，革新开发流程的好机会

[backcolor=#ffffff] >3D打印机价格下降、成型材料品种增加，相关网络服务也在不断充实。在制造业之外的领域，3D打印机的应用领域也越来越广，个人用户层也有所扩大。在这样的趋势下，“任何人都能开制造公司”的机运便产生了。而对于本事就是制造业的企业，3D打印机则是提升现有业务竞争力、开拓新业务领域的强有力武器。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff] 提升现有业务竞争力依靠的是［1］革新开发流程、［2］强化少量生产对应能力，开拓新业务领域依靠的则是［3］提供制造技术经验。下面，本文就详细介绍一下这3个推动力。 [/backcolor]

重新审视试制的作用[backcolor=#ffffff] [/backcolor]
[backcolor=#ffffff] 首先，［1］开发流程的革新，可以通过把3D打印机作为一种交流工具来实现。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff] 过去，在制造业的开发流程中，3D打印机是被作为制作试制品的手段而使用的（图1）。这是因为作为“快速成型”的延伸，3D打印机能够快速、低廉地制作出试制品。其作用是将设计信息转化为实体，通过组装观察形状，在试验中确认性能。 [/backcolor]

[table=430,#ffffff,,0][tr][td]

[/td][/tr][tr][td]图1：试制流程的变化
过去，使用3D打印机大多是为了缩短试制期、降低成本。今后，随着3D打印机成型更加方便，这种方式在更上游作为交流工具的应用将会扩大。[/td][/tr][/table]

[backcolor=#ffffff]    利用3D打印机制作立体模型所需成本和时间正在不断减少。除了替代过去的试制品制作方法之外，试制的作用也被重新考虑。作为交流工具使用就是新的作用之一。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    即使是在以前因成本和时间的限制、“无力进行试制”的案例，现在也能借助3D打印机开始试制，一次能够制作的试制品数量和改进后重新制作的次数也会明显增多。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    这样制造出的试制品不仅能像以前那样用来确认形状和功能，还可以在设计的决策过程中，也就是反复尝试、改进的阶段使用。在实物基础上展开讨论有助于深化理解，找出从电脑屏幕上的3D模型和图纸中发现不了的问题。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    这里需要注意的是，既然是以实物为基础，就需要在制造现场配备相关人员。随着全球化的发展，利用IT技术的远程交流愈发必要，普及程度也在提高，但这依然比不上亲眼目睹实物的交流。在日本，各企业地理位置集中，通过使用3D打印机，应该可以孕育出以此为优势的新的开发流程*1。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]*1　这一思路也可以运用到承包成形和加工的小工厂。如果能够利用3D打印机，使客户的创意具体化，不仅便于扩大客户层，还能够减少由误解造成的返工，最终提高顾客的满意度。[/backcolor][backcolor=#ffffff] [/backcolor]

容易应对少量生产[backcolor=#ffffff] [/backcolor]
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[backcolor=#ffffff] 充分利用3D打印机，能够使应对少量生产的能力出现飞跃。3D打印机适合单件和少量生产，试制也正是利用了这一特点（图2）。因为无需准备模具，所以初期投资少，也容易适应产量的变化。而且，在制作的过程中无需考虑工具的路径和脱模的方向，因此，形状的自由度高，也容易实现每件产品形状各异的定制。 [/backcolor]

[table=430,#ffffff,,0][tr][td]

[/td][/tr][tr][td]图2：使用3D打印机制造最终产品
与传统的加工方法相比，优点在于定制容易、形状自由度高、适合单件生产。材料和3D数据的准备、易用性差等课题也在逐渐得到解决。[/td][/tr][/table]

[backcolor=#ffffff]    在利用3D打印机生产最终产品时，需要根据自己的用途，选择可以使用指定材料的3D打印机。10万日元左右的低价位3D打印机基本上只能使用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂）或PLA（聚乳酸）作为材料*2。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]*2　能够使用光硬化性树脂、价位在数十万日元的3D打印机目前也在推进开发。[/backcolor][backcolor=#ffffff] [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    倘若这些材料不能满足要求，那就需要购买价格更高的商用3D打印机。例如，某些类型的打印机可以使用PC（聚碳酸酯）、PPSF（聚苯砜）等具备高耐冲击性、高耐热性的树脂，或是具备透明性和弹性的树脂。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    现在有一些3D打印机还能使用对人体安全、符合登机标准、遏制了带电性的树脂*3。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]*3　虽然是否叫3D打印机还存在争议，采用烧结粉末工艺进行成型的类型可以使用金属和沙等材料。就目前情况来看，装置体积偏大，价格也比较昂贵，但未来完全有可能得到改进。[/backcolor][backcolor=#ffffff] [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    如上所述，3D打印机可以使用的材料的种类越多，就越方便进行单件和少量生产。 [/backcolor]

批量生产还有问题[backcolor=#ffffff] [/backcolor]
[backcolor=#ffffff]3D打印机可以实现单件生产。但从生产能力的角度来看，这种生产方式目前面临着难以批量生产的课题。举例来说，美国Stratasys现在利用3D打印机制作该公司3D打印机的部分部件（31种部件），而这款产品的年产量仅为十余台。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    但是，3D打印机完全有希望增加产量。因为数量的阈值会随着时代不断变化。众所周知，著名EMS（电子产品代工服务）企业台湾鸿海精密工业（通称富士康）是采用切削加工的方式为美国苹果公司的“iPad”和“iPhone”制造金属外壳的。对于iPad和iPhone等批量生产的产品，使用冲压和制造是最常见的。然而，富士康通过使用数万台机床，实现了切削加工的批量生产。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    与之相同，3D打印机的批量生产或许也将在不久的未来成为现实。最近，成型区空间大的3D打印机已经问世*4。这种打印机不仅可以用来制造大型产品，还可以一次性制造很多小型产品。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]*4　例如，Stratasys应日本汽车企业的要求开发的3D打印机“Objet 1000”的成型区就达到了1000mm×800mm×500mm。[/backcolor][backcolor=#ffffff] [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    考虑到步骤和后处理，一般来说，在成型区中尽可能多地配置部件，以少量的次数进行成型的总体成型速度更快、成本更低，但具体情况还要看3D打印机的成型方法。 [/backcolor]

无需库存[backcolor=#ffffff] [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    易于实现少量生产的3D打印机拥有颠覆企业与用户关系的潜力（图3）。以诺基亚和Teenage Engineering为例，通过把部件的制造交给用户，企业将无需再持有库存。 [/backcolor]

[table=430,#ffffff,,0][tr][td]

[/td][/tr][tr][td]图3：企业与用户职能的变化
采用3D打印机之后，企业与用户职能的变化。在产品领域，制造的职能可能从企业转向用户。特别是选配件部件、维护部件等领域，这种转变大有益处。[/td][/tr][/table]

[backcolor=#ffffff]    从这个角度出发，3D打印机在维护部件领域的应用前景值得期待。举例来说，企业长期储备办公设备维护部件的成本将得到压缩。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    已经停产、需求量不大的产品的维护部件将保留3D数据。用户只需利用数据，按照需求到附近的营业所、3D印刷服务公司进行成型即可。这样一来，企业就能够实现库存的最小化*5。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]*5　虽然很多企业都担心产品责任问题，但综合考虑部件的功能和破损时的安全性，必定有部件可以采用这种方式。[/backcolor][backcolor=#ffffff] [/backcolor]

培训用户[backcolor=#ffffff] [/backcolor]
[backcolor=#ffffff] 对于制造业而言，在使用3D打印机的过程中积累的［3］制造技术经验也将成为竞争力的源泉。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    以INCS（总部：东京）运营的Web网站“Inter Culture”为例，该网站向用户提供的信息还包括“3D打印机逐层打印的方向对于成品的不同影响”（图4）。网站销售3D打印机成型服务，以及3D打印机成型制品。 [/backcolor]

[table=430,#ffffff,,0][tr][td]

[/td][/tr][tr][td]图4：网络服务的关键介绍
充分发挥3D打印机的作用必须具备数据制作方法、成型方向设定等技术经验。对于制造业，提供这些技术经验有助于扩大业务。[/td][/tr][/table]

[backcolor=#ffffff]    该公司虽然也向以制造业为主的企业提供3D打印机试制服务，但Inter Culture的定位基本面向个人*6。通过把交货期延长到2周左右，大幅降低了价格。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]*6　实际上订单主要来自中小企业。[/backcolor][backcolor=#ffffff] [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    除了交货期长之外，低价格的另一个支撑是对于简化服务的贯彻，“直接使用用户提供的数据，按照要求成型即可”（该公司）。也就是把“用户理解3D打印机的特性，自主完成3D数据的制作和成型方向的指示等”（该公司）作为前提。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    不对技术经验抓着不放，而是按照需要传播给用户。这一点的优劣或许会决定未来业务发展的成败。 [/backcolor]

保证强度亦可减轻重量[backcolor=#ffffff] [/backcolor]
[backcolor=#ffffff] 3D打印机具备可以一体成型复杂形状的优点。例如，在模具中铺设弯弯曲曲的冷却管只有3D打印机才能做到。通过发挥这一特点，过去必需由多个部件组装而成的部件有望实现一体成型。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    例如，树脂熔融型3D打印机可以一体成型中空的完全密闭空间（图）。一般来说，制作悬空的部分需要支撑物，但树脂熔融型无需支撑物，即可制作出以一定角度探出的形状。通过利用这一特征，老方式无法做到的形状也可以得到实现。还可以在保持强度的前提下减轻重量，这也是使用3D打印机的一大理由。 [/backcolor]

[table=430,#ffffff,,0][tr][td]

[/td][/tr][tr][td]图：可以一体成型中空的完全密闭空间
部分3D打印机还可以一体成型完全密闭的形状。需要注意的是，3D打印机在采取不同制作方式时，设计的方式也会随之改变。[/td][/tr][/table]

3D打印机与其他加工方法组合使用[backcolor=#ffffff] [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    在能够制造形形色色产品的方法中，只有3D打印机从最初到最后都无需人工操作。通过使3D打印机与其他加工方法相结合，其用途有望获得更大的拓展。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    例如，制造咖啡馆“FabCafe”与K's Design Lab举办的肖像巧克力作坊。在作坊里，参与者利用3D打印机，根据面部的扫描数据制成原型，通过硅胶模将原型复制为巧克力。作为制造企业为二者提供协助的是从事树脂包装等试制业务的WorkCAM（总部：东京）。在选择巧克力浇注模具的材料时，根据可以应用于巧克力这种食品、可以在短时间凝固以便在作坊中使用、可以使用3D打印机制作的原型等条件，该公司选择了最符合要求的硅胶。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]    该公司使用此次作坊制作的原型，在上面凿开吸引用的微孔，对能否进行板材成型进行了测试（图）。结果取得了成功。传统的切削加工很难制作面部凹凸的微妙形状，3D打印机与板材成形这一前所未有的组合方式形成了全新的模式。（全文完，记者：中村力，《日经制造》） [/backcolor]

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