3D 列印技術的興起並不意味著每個美國家庭都會擁有一個能夠製造任何他們想要的東西的“星際迷航”複製機。但白宮已將寶押在 3D 列印可以從曾經以關閉的鋼鐵廠而聞名的中西部“鐵鏽地帶”中心徹底改變美國製造業的想法上。
巴拉克·奧巴馬總統提出的 10 億美元製造業創新網路計劃的關鍵在於像克利夫蘭的凱斯西儲大學這樣的地方，在週五下午晚些時候，工程系的創新中心裡充滿了 3D 印表機和雷射切割機的嗡嗡聲。該大學是聯邦政府資助的國家增材製造創新研究所 (NAMII) 的眾多合作伙伴之一，該研究所是一個耗資 3000 萬美元的試點研究所，旨在促進 3D 列印在美國製造業中的應用。
凱斯西儲大學材料科學與工程系主任兼 NAMII 執行委員會成員詹姆斯·麥格芬-考利表示：“3D 列印的真正價值在於實現使用現有技術無法實現或不具成本效益的事情。”
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3D 列印代表了行業專家所稱的“增材製造”的最新版本，這是一種透過使用塑膠、金屬或其他材料逐層構建，將幾乎任何計算機設計轉化為真實物體的方法。這項技術最終可能會影響到每個主要行業——航空航天、國防、醫療、運輸、食品、時尚——甚至對美國製造業的影響比機器人革命還要大。
NAMII 管理委員會成員、獨立分析師兼 3D 列印領域領先專家特里·沃爾勒斯表示：“即使這項技術已經存在 20 多年了，華盛頓終於明白了它的意義。”
為什麼 3D 列印有意義
沃爾勒斯提到，製造商已經使用這種技術來構建模型和原型，以測試新產品設計已有 20 年的歷史。新的 NAMII 工作的不同之處在於，美國政府希望 3D 列印能夠幫助生產更多帶有“美國製造”印章的產品。
3D 列印的優勢在於它能夠按需製造單獨的、專門定製的零件，而不是像工廠的裝配線裝置那樣生產成千上萬的標準化產品。這對於小批次或一次性製造特殊裝置或裝置的複雜零件，例如戰鬥機的更換零件或為個別患者手術定製的頜骨植入物，可能被證明尤其具有成本效益。
沃爾勒斯告訴 TechNewsDaily：“如果你要為沃爾瑪生產 1000 萬個垃圾桶，那麼不，你可能會用 3D 列印來製作這些東西的原型，但你不會用這種方式來製造它們。如果你要為 50 到 100 架軍用飛機制造零件，那麼它就非常適合。”
航空航天巨頭波音公司已經證明自己是先驅，它使用 3D 列印技術製造了目前在民用和軍用飛機上使用的 22,000 多個零件。美國航空航天業的其餘部分正在努力趕上——通用航空上個月宣佈收購了俄亥俄州的兩家公司，莫里斯技術公司和快速質量製造公司。通用航空的想法是利用其新獲得的 3D 列印能力來製造噴氣發動機零件。[影片：你自己的 3D 印表機：你什麼時候才能在家裡擁有一臺？]
同樣，凱斯西儲大學神經外科影像實驗室主任大衛·迪恩表示，3D 列印也準備顛覆醫療行業。他指出了 3D 列印的髖關節和膝關節植入物的可能性，這些植入物可以精確地安裝到每個患者身上，從而避免與目前不太合適的植入物相關的醫療問題。
迪恩說：“我設想的不僅是患者想要它，因為它會立即對他們更好，而且也不需要因為使用了效果不太好的東西而進行後續修復手術。即使這項技術最初更昂貴，從長遠來看，這將節省資金。”
跨越死亡谷
但私營公司無法完全靠自己在美國製造業中掀起 3D 列印革命。許多技術仍然缺乏製造齒輪或裝置的強度、質量和精度，這些裝置可以可靠地在複雜的、昂貴的機器或裝置中工作，並可能產生生死攸關的後果。
NAMII 代理主任拉爾夫·雷斯尼克說：“製造業的要求更高，也更復雜。我們需要有能夠滿足必要要求的材料特性的專案，這些專案是可重複的，並且從機器到機器、從每天到每天都是相同的——尤其是在航空航天和國防等要求苛刻的行業中。”
這就是 NAMII 這個新的製造研究所發揮作用的地方。它利用政府資金作為胡蘿蔔加大棒，讓公司與大學和非營利組織合作，幫助3D 列印技術在製造領域跨越所謂的“死亡谷”——實驗室概念驗證和商業產品之間缺乏私人資金的發展時期。
美國國防部帶頭承擔了政府的責任，為新的增材製造研究所貢獻了 3000 萬美元的大部分資金。NAMII 的靈感來自國家國防制造和加工中心，該組織於 10 年前首次獲得資助，目前由雷斯尼克領導，該組織為美國軍方節省了 5 億多美元。
塑造未來
仍然有很多工作要做。NAMII 剛剛在 8 月份正式開業，並在 11 月底釋出了首個專案徵集。該研究所在俄亥俄州揚斯敦的一個企業孵化器中設有一個辦公室，公司捐贈的 3D 印表機可供 NAMII 合作伙伴使用。許多合作伙伴來自曾經的鐵鏽地帶城市，這些城市已經轉變為從俄亥俄州托萊多延伸到賓夕法尼亞州伯利恆的“科技帶”城市。
如果 NAMII 證明是成功的，並且也許在其聯邦資金在三年內用完之前甚至是財務上自給自足的，那麼美國政府可能會利用其經驗教訓來建立奧巴馬政府提出的 10 億美元製造業創新網路的其餘部分。
回到凱斯西儲實驗室，學生們似乎並沒有感到肩負著如此重大的責任，他們一邊聊天，一邊進行著自己的專案。甚至實驗室的裝飾都瀰漫著一種樂趣——三個壁鐘顯示的時間相同，它們懸掛在標有克利夫蘭、阿克倫和揚斯敦等科技帶城市名稱的標誌上方（所有三個城市都位於美國東部時區）。
麥格芬-考利說，他想把匹茲堡新增到時鐘上，以更好地反映更廣泛的科技帶地區。但時鐘的指標不必改變——它們只需繼續同步地走向未來，一分鐘一分鐘地前進。
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