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  7月13日,位于硅谷的3D打印公司Arevo旗下Supertrata品牌开始预售全球首款一体式3D打印电动自行车。

  与目前市场上制造商先打印零部件再组装的生产不同,Superstrata开发出了碳纤维框架的“一体式结构”生产模式,即是说,整个自行车车架没有胶水、没有接头、没有螺栓、没有激光焊接。

  

  此次,Supertrata发布了Terra和Ion两款车型,Terra是一款轻量级的标准骑行车,它可以根据购车者的身高、体重、手臂和腿的长度以及他们偏爱的骑乘位置和车架刚度水平提供超过25万种定制方案,其标准重量仅为2.8磅,比一个西瓜还轻。

  Ion则是一款1级电动自行车,配备了后轮250W的电机以及252Wh电池,预计续航里程为60英里,由于使用3D打印生产方式,其售价也比市面上的同类电动自行车便宜近一半。

  目前Terra车型的初始售价是2799美元, lon初始售价是3999美元。

  

  图 superstrata一体式3D打印电动自行车,图片来源于官网

  Superstrata“一体式结构”的生产模式,不仅让自行车本身重量减轻外观简约更具现代感,更重要的意义在于它的制造生产可以完全颠覆现有自行车的生产模式。

  在过去,工厂制造的复合材料车架,一般需要18个月的时间来设计和投入生产,要通过人工制作27到30个不同的零件最后粘合在一起。

  而Arevo所有的设计工作,包括分析和优化,都可以通过软件来完成的,连续纤维3D打印技术可以将制造时间缩减到几周,同时还支持定制化生产,车主仅需将他们所要求的尺寸和样式发送给Superstrata,仅需10个小时左右的时间就能制造出来。

  值得注意的是,目前全球每年生产的200万个复合自行车车架中,99%都是由中国工厂制造。Arevo在接受采访时表示,随着3D打印技术的进步,复合车架制造的成本结构将发生根本转变,预计三年后,中国工厂碳纤维自行车车架的现有制造模式将逐渐被替代。

  实际上,打印自行车只是Arevo的一个试水,他们的目标其实是将碳纤维复合材料3D打印技术应用于更广泛的制造领域中。该材料重量轻、强度重量比高,是某些金属零件和结构的理想替代品,其强度重量比是钢的60倍以上,可用于专业级自行车、一级方程式赛车和战斗机等各个领域的制造。

  过去,由于碳纤维制造需要进行精密的数控加工、真空封装和烘箱固化,而过去这些程序大多都由人工操作,设计和生产周期长,造成成本太高、市场渗透率低下。但随着计算能力与机器自动化的发展,其制造模式也进入了转型期。

  今年6月,Arevo已经开始建设世界上最大的高速连续碳纤维增强聚合物(continuous carbon fiber reinforced polymer)的复合材料增材制造工厂,同时,他们推出“制造即服务”(manufacturing-as-a-service,MaaS)的模式,将能根据不同客户的定制化需求实现规模化快速生产。

  该工厂落成后,预计其生产的产品将应用于航空航天、建筑、汽车等不同制造领域,这也意味着连续碳纤维的3D打印技术,已经到了产业化应用的阶段。

  

  图 Arevo的3D制造生产车间,图片来源于网络

  3D打印可能成为硅谷“制造梦”的新起点

  过去这些年,硅谷作为世界创新技术的发源地之一,持续为世界输出着重量级的科技公司。但当我们梳理这些明星公司时,却发现鲜有专注于制造业生产的。

  实际上,在上世纪80年代,乔布斯曾试图在硅谷创造“制造业文化”。1983年,他亲自负责在湾区Fremont建造了一座先进的制造业工厂用于生产苹果新型麦金塔电脑,但这个工厂却因产量无法达到预期最终于1992年关闭,这一度让痴迷于制造工艺的乔布斯很受挫。

  

  图 曾经位于Fremont的苹果制造工厂,图片来源于网络

  此后,苹果制造部门分析,制造业在硅谷失败的原因,是因为制造业是一个庞大的生态系统,硅谷地区缺乏相关职业学校、工人和分包商,并不具备发展制造业的基底与文化。因此,苹果最终选择了在全球的低成本地区布局制造供应链。

  如今,30多年过去,新材料、新技术的发展赋予了制造业更多的可能性,如果说过去的制造业是劳动密集型产业,如今也正在朝着技术密集型转型。其中,3D打印(增材制造)因其智能化、个性化的制造生产方式更是吸引了众多科技公司的关注,不仅开始逐渐尝试与日常生活融合,甚至被应用于太空探索领域。

  NASA重金支持,硅谷3D打印公司助力太空开发

  2014年,美国向国际空间站运送了世界首台太空3D打印机,而这台太空3D打印机由硅谷Made In Space 公司制造。这台打印机能够帮助宇航员在太空中制造小型紧急需要用品,其运转原理是,在联网的情况下,由在地球上的人员设计好生产程序,再命令太空中的 3D 打印机进行制造。此后,Made In Space还向国际空间站送上了第一台商用打印系统,供各国的宇航员使用。

  

  图 Made In Space在国际空间站的打印机,图片来自网络

  Made In Space成立于2010年,总部位于硅谷山景城,是全球首家研究零重力下 3D 打印技术的公司,专注于太空制造。除了研究小型3D打印机之外,Made In Space也在探索更多大型项目,比如用于在太空中建造卫星等大型物体、太空光纤牵引、材料回收和金属3D打印的项目Archinaut。去年7月,NASA还与Made In Space签下了7370万美元(约合5亿人民币)的合同,将其技术用于2022年发射的“太空建筑师一号”小卫星上,计划在太空中3D打印10米长的梁,进而建设太阳能电池阵。

  今年7月,Made In Space被专注于太空探索的全新公司Redwire收购,Redwire是由私募股权公司AE Indusrial Partners于今年6月刚成立的公司,AE在年初收购了两家生产太空传感器、飞行硬件相关的公司Adcole Space和Deep Space Systems(DSS)之后成立了Redwire,而此次收购Made In Space,进一步完善了其太空制造业务,Redwire的太空制造商的探索之旅也正式启航。

  除了跟Made In Space深入合作发展太空制造外,NASA近期也在尝试使用硅谷3D打印独角兽Carbon的技术来制造太空机器人。总部位于Redwood City的Carbon是高速光固化3D打印的发明者,此前名噪一时的阿迪达斯3D打印跑鞋Futurecraft 4D就是阿迪与Carbon合作生产的,目前,Carbon的生产技术已经广泛地被运用于消费品、汽车、工业、医疗用品的制造之中,估值达到26亿美元。

  

  图 使用3D打印技术生产的阿迪达斯Futurecraft 4D跑鞋,图片来源于网络

  而在与NASA的合作中,Cabon主要利用其数字光合成(DLS)3D打印技术,帮助制造Seeker项目中的两款自主飞行机器人,用于绕太空飞船飞行以检查故障。在制造自主飞行机器人过程中,NASA需要在10x10cm区域的同一面上集成四个高性能离合器,所需用到的部件小而复杂,使用传统的制造技术基本无法实现,而借助于Carbon3D制造工艺,则可实现零部件的制造的精确制造,还能加快制造周期,同时这也是首个太空中应用的塑料3D打印部件。

  

  图 NASA Seeker自由飞行机器人,图片来源于网络

  在未来,太空领域的探索与建设可以预见是人类的共同目标。太空制造与组装无疑将改变未来空间探测格局,而目前,除了美国外,欧盟、俄罗斯、中国均有利用3D打印技术建设太空基地的计划。布局太空制造,也是科技公司涉足制造业的全新潜力领域。

  3D打印还面临什么难点?

  不过,虽然3D打印技术的应用范围越来越广,但目前的技术成熟度还仍不能达到颠覆现有制造模式的程度,产业的发展依然需要解决工艺、材料、成本、速度等几方面的问题。

  首先,在机器层面,目前大部分3D打印的精度比较粗糙,打印出的产品表面粗糙仍需要表面抛光处理,而且尺寸精度还不是很高,而高精度的3D打印机都是比较大型且昂贵,技术专利基本掌握在巨头公司手中,而小型机器的生产质量参差不齐。

  在打印速度方面,3D打印类似于多层写字,层数越多、结构越复杂,打印时间就越长,批量化生产制造的时长难以保证。

  其次,在材料层面,3D打印的另一核心就是要有合适的材料,目前3D打印材料主要以石膏、光敏树脂、塑料为主,工业级的金属打印材料十分有限,而工业级所需材料价格标准较高,与传统制造流程相比其成本优势不足。

  此外,打印材料的行业标准还未形成,比如制造一个牙刷等日用品需要通过材料安全性检测,但目前相关统一规范还未出台,因此难以满足大规模民用需求。

  虽然3D打印发展仍然面临挑战,但从Made In Space、Carbon和Arevo这些新兴科技制造公司的发展中,我们也看到3D打印在技术与材料上越来越多的突破,同时涌现了很多更具想象力的应用空间。

  随着科技与制造融合的步伐加快,我们或许可以期待,乔布斯曾经的硅谷制造工厂梦,在3D打印时代被得以实现

  (本文作者:Junyue Zhang;编辑:SV Insight)

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