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3D打印技術(shù)的主要價(jià)值之一在于能夠生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝幾乎無(wú)法制造的特殊設(shè)計(jì)，而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新且復(fù)雜的3D設(shè)計(jì)，幾乎所有的公司都很難做到，這不僅需要想象力，還需要軟件工具來(lái)實(shí)現(xiàn)；材料，是影響3D打印應(yīng)用的關(guān)鍵，它直接決定了終端用戶能否使用，即便當(dāng)前3D打印材料種類繁多，卻依然難以通過很多領(lǐng)域的使用要求；速度，則是影響應(yīng)用成本的關(guān)鍵，3D打印速度的突破將使其應(yīng)用范圍變得更加寬廣。然而，很少有公司能夠同時(shí)貫通材料、設(shè)計(jì)和速度，而走通了這條路，至少可以打開一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

功能強(qiáng)大，性能導(dǎo)向的晶格設(shè)計(jì)軟件

Carbon不僅僅是一家3D打印設(shè)備制造商，還是一家材料商和軟件公司，它在3D打印運(yùn)動(dòng)鞋制造市場(chǎng)中占有舉足輕重的地位。其推出的高性能材料和設(shè)計(jì)工具不僅成就了Adidas的新型產(chǎn)品，更幾乎“滅掉”了其他3D打印工藝在該領(lǐng)域的光彩，至少到目前為止，采用其他工藝的其他運(yùn)動(dòng)品牌已經(jīng)許久未推出3D打印新品。

晶格，幾乎是區(qū)分一款運(yùn)動(dòng)鞋是否采用了3D打印工藝的標(biāo)志性特征，這種結(jié)構(gòu)的性能具有很高的設(shè)計(jì)靈活性，通過調(diào)整點(diǎn)陣的相對(duì)密度、單胞的構(gòu)型、連桿的尺寸，可以達(dá)到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、韌性、耐久性、靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能的完美平衡。

Design Engine是Carbon推出的用來(lái)生產(chǎn)優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)軟件，尤其專注于晶格結(jié)構(gòu)的生成。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具在進(jìn)行增材設(shè)計(jì)時(shí)難以完全兼容，尤其是對(duì)于以晶格為代表的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。Carbon公司指出，Design Engine是為簡(jiǎn)化晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而生，基于云端的強(qiáng)大計(jì)算能力可以在幾分鐘內(nèi)生成高級(jí)共形晶格，減少了對(duì)單機(jī)運(yùn)算力的需求。

高度約10cm的零件生成晶格結(jié)構(gòu)僅需117s

作為在晶格結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面的領(lǐng)導(dǎo)者，Carbon注重晶格結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。Design Engine支持用戶在嘗試不同設(shè)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)機(jī)械性能，從而幫助用戶調(diào)整設(shè)計(jì)并縮短開發(fā)時(shí)間。同時(shí)，軟件采用交互式界面，可同時(shí)制作五種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。即便對(duì)于最具挑戰(zhàn)的外表設(shè)計(jì)，該軟件也可以提供共形晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并減少生成設(shè)計(jì)后繁瑣的修改步驟。值得注意的是，Carbon對(duì)于晶格結(jié)構(gòu)性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是基于本公司的材料。

在產(chǎn)品開發(fā)方面，Carbon已使用該軟件成功設(shè)計(jì)了新冠肺炎檢測(cè)取樣拭子、高端自行車坐墊以及冰球運(yùn)動(dòng)行業(yè)從未有過的Super-Tacks X頭盔。今年3月，Carbon宣布其所有會(huì)員用戶均可以使用Design Engine軟件。5月，Adidas推出最新款基于Carbon 3D打印技術(shù)的4DFWD運(yùn)動(dòng)鞋，并廣泛使用了Design Engine軟件進(jìn)行鞋底晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，新的點(diǎn)陣中底包含多達(dá)五百萬(wàn)種晶格結(jié)構(gòu)，經(jīng)過特殊編碼，可以在垂直撞擊時(shí)向前壓縮，這種功能的實(shí)現(xiàn)均是通過晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

前所未有，先進(jìn)的3D打印可編程樹脂

在很多情況下，由材料商或設(shè)備商推出的3D打印材料即便聲稱達(dá)到了多高的性能，但有時(shí)候卻是只能感動(dòng)自己。汽車領(lǐng)域的用戶多次反饋當(dāng)前的3D打印材料無(wú)法滿足他們的性能要求，尤其是缺口沖擊強(qiáng)度，PA、PP都無(wú)法滿足。實(shí)際上每一種3D打印材料在其性能范圍內(nèi)只適合去承擔(dān)其“力所能及”的應(yīng)用，一味苛求它達(dá)到傳統(tǒng)材料的性能在目前可能仍不可行。但，這反映了應(yīng)用端對(duì)材料的迫切需求。無(wú)論材料商還是設(shè)備商，把握住這個(gè)需求，至少是掌握了打開市場(chǎng)的鑰匙。

高性能樹脂材料的開發(fā)便是Carbon成功的另一個(gè)關(guān)鍵，尤其是與粉末床熔融技術(shù)相比，Clip技術(shù)可以生產(chǎn)完全致密的零件。Carbon推出了多款高性能樹脂，這些材料必須滿足特定行業(yè)的性能標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求才能獲得使用。

在汽車領(lǐng)域，福特、蘭博基尼、自動(dòng)駕駛技術(shù)公司Aptiv以及知名汽車緊固件制造和銷售公司Araymond，均采用使用Carbon EPX 82材料批量生產(chǎn)汽車部件。EPX 82是一種高強(qiáng)度工程材料，其熱變形溫度為115°C，具有良好的沖擊強(qiáng)度，非常適合要求強(qiáng)度、韌性和熱循環(huán)耐久性均衡的應(yīng)用，如連接器、支架和汽車和工業(yè)部門的外殼部件等。其機(jī)械性能可與玻璃微珠填充的熱塑性塑料（如20％GF-PBT，15％GF-尼龍）相媲美，并符合USCAR-2流體兼容性標(biāo)準(zhǔn)。

在消費(fèi)品領(lǐng)域，最為知名的應(yīng)用便是Adidas采用Carbon的3D打印工藝、高性能樹脂以及設(shè)計(jì)軟件來(lái)大批量制造運(yùn)動(dòng)鞋中底。EPU 41是Carbon為Adidas Futurecraft 4D中底開發(fā)額革命性的彈性材料，雙方密切合作，對(duì)150多種不同的材料配方進(jìn)行了迭代，以實(shí)現(xiàn)所需的機(jī)械性能。用于最終生產(chǎn)的樹脂材料特別適合生產(chǎn)彈性體晶格幾何形狀，在安全性和舒適性方面超越傳統(tǒng)泡沫。

Adidas 4DFWD3D打印中底晶格結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)

在牙科和醫(yī)療領(lǐng)域，Carbon有專門用來(lái)生產(chǎn)牙模、間接粘合托盤、牙周夾板及導(dǎo)板的不同種類的醫(yī)用樹脂，并連續(xù)于2019和2020年在Dental Labs客戶滿意度調(diào)查方面排名排名第一。在其他領(lǐng)域，Carbon的Cyanate Ester 221材料被用來(lái)生產(chǎn)NASA自由飛行器冷氣推進(jìn)系統(tǒng)的四個(gè)高性能離合器零件，精密冷卻系統(tǒng)制造公司Ebullient也采用該材料3D打印芯片冷卻模塊。這款材料材料性能與玻璃填充的尼龍相當(dāng)，高熱變形溫度為230℃，并且具有非常高的剛性，非常適合制造需要長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性的組件。

3D打印的芯片冷卻模塊

從這些不同領(lǐng)域的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律，Carbon開發(fā)的樹脂材料面向了客戶需求，甚至與客戶一同開發(fā)材料。與應(yīng)用端結(jié)合，解決客戶的需求，是其致勝的關(guān)鍵因素之一。相比之下， PA、PEEK、PP及其復(fù)合材料，是目前較為流行的3D打印高性能材料，而材料開發(fā)商在多大程度上是因?yàn)椴牧弦呀?jīng)流行了而去重復(fù)生產(chǎn)和開發(fā)，有多少是考慮了終端用戶的真正需求呢？來(lái)自汽車制造商的數(shù)據(jù)顯示，目前主流的3D打印材料多無(wú)法通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，尤其是沖擊強(qiáng)度。

提升百倍，革命性的3D打印速度

Carbon最引人矚目的成就便是對(duì)3D打印速度的突破，這是其成功的最重要因素。該公司的研究人員于2015年在Science上發(fā)表論文首次展示了這種稱之為連續(xù)液面生成（CLIP）的技術(shù)，憑借一種半滲透窗，可以將氧氣注入液體樹脂，從而形成一種能防止固化的薄的“死區(qū)”（dead zone）。在該區(qū)域上方，光線將樹脂固化成固體。機(jī)械臂緩慢地將不斷增長(zhǎng)的固體從樹脂中拉出，使其他材料得以固化和黏附，這種技術(shù)無(wú)需一系列層合界面，因此產(chǎn)品更加堅(jiān)固。而因?yàn)閰^(qū)別于其他DLP工藝的抬起和下降步驟，它比傳統(tǒng)3D打印技術(shù)快了100倍。

Clip技術(shù)原理

在速度方面的突破，證實(shí)了3D打印可以被用于制造業(yè)，因此也吸引了各方的持續(xù)關(guān)注和多輪融資。自此，Carbon與福特汽車、阿迪達(dá)斯和里德爾體育公司達(dá)成協(xié)議，分別為它們生產(chǎn)汽車零件、運(yùn)動(dòng)鞋底和橄欖球頭盔。這同時(shí)成為Carbon取得3D打印批量制造和商業(yè)成功的關(guān)鍵。

基于Clip工藝，Carbon推出了多種類型的3D打印機(jī)。Carbon M系列是功能原型的理想選擇，在零件質(zhì)量、準(zhǔn)確性和一致性方面深得客戶滿意；Carbon L1打印機(jī)作為成熟裝備，服務(wù)于需求量產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、工程師和制造商，其成型尺寸為400 x 250 x 460mm，阿迪達(dá)斯Futurecraft 4D鞋中底和Riddell Diamond橄欖球頭盔便是采用該機(jī)型打印，它提供了穩(wěn)定的質(zhì)量和可靠性，并能夠按需生產(chǎn)。

在商業(yè)模式方面，Carbon采取只租不賣的模式，按年收取費(fèi)用。這一方面降低了終端用戶嘗試Carbon技術(shù)的初期投資壓力，另一方面也使得終端用戶在面臨Carbon后期設(shè)備技術(shù)更新的時(shí)候，能更輕松的切換到更新版本的設(shè)備。

從Carbon的發(fā)展歷程來(lái)看，其首先突破了3D打印技術(shù)的速度限制，其次開發(fā)出了多款高性能3D打印樹脂，為其產(chǎn)品的工業(yè)應(yīng)用打開了通道。設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，則是基于3D打印工藝在復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造方面的優(yōu)勢(shì)，尤其立足于使用其公司的樹脂材料在晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)異性能，開發(fā)出了只有該公司產(chǎn)品才能實(shí)現(xiàn)的、可接受的成本先進(jìn)應(yīng)用。

而從業(yè)內(nèi)眾多成功案例以及增材制造發(fā)展的趨勢(shì)可以看出，速度和材料成為了一家公司致勝的關(guān)鍵，沒有哪家公司不是在基于更快打印速度的基礎(chǔ)上同時(shí)推出先進(jìn)材料。而尚沒有哪家公司可以像Carbon那樣，只有利用它們的打印技術(shù)、材料才能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的高性能和相對(duì)低成本應(yīng)用。