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How 3D Printing Could Drive the Factory of the Future

2024/4/12
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WSJ’s The Future of Everything

AI Chapters Transcript

Shownotes Transcript

3D打印不仅仅是爱好者的玩物——它可能是未来制造业的核心。公司们正在转向这项技术,以比传统技术更快、更便宜地制造从汽车和飞机零件到房屋的各种产品。如今,随着3D打印(也称为增材制造)变得越来越快速,研究人员正在测试其极限。《华尔街日报》的亚历克斯·奥索拉和丹尼·刘易斯探讨了这项技术如何构建未来的工厂。

这台3D打印的冰岛鱼内脏机包含了未来更少全球化经济的秘密 风险投资者正在向3D打印初创公司注入资金。原因在这里。 能源公司转向3D打印以绕过拥堵的供应链 随着对住房需求的增长,3D打印房屋在奥斯丁附近如雨后春笋般涌现

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嗨,丹尼·y,亚历克斯。你听说过3D打印吗?

是的,当然,几年前对此有很多炒作。

对吧?你用过3D打印机吗?真的?你有用3D打印制作的东西吗?

我从来没有用过,但我确实有一些用3D打印制作的盒子和东西。

它们看起来怎么样?

它们是塑料的,上面有很多凹槽,因为它们是分层构建的,一遍又一遍,就像一个拉兹或其他东西。

对吧?所以这种分层沉积材料的想法对于我们家里的一些小东西是有意义的,对吧?围绕着你,我们会在每个家庭都有一个这样的东西的炒作并没有真正实现。

对吧?对吧?没有星际迷航的复制器。

还没有,但事实证明,这种技术在制造业中有一个非常有用的地方。所以技术术语是增材制造。好的?有些人说增材制造实际上可以改变整个行业,就像我可以为他们所称的未来工厂奠定基础。

3D打印的工作方式与其他制造方法不同。因此,与铸造或模具不同,铸造或模具是在将材料放置在其他东西内部或周围时发生的,3D打印机将塑料或金属等材料的层沉积在彼此之上。然而,今天,爱好者仍然使用3D打印机,这些机器有更广泛的应用。它们被用于制造汽车零件、牙齿等医疗植入物,甚至是商业飞机的零件。

在我们的S到50飞机中,我们已经用增材制造替换了许多传统的聚合物零件,仅仅因为它更便宜。

那是霍克·肖尔德。他负责空客的增材制造研究和技术。飞机当然是复杂而精密的技术产品。因此,公司不能3D打印所有东西,但你可能乘坐过使用3D打印零件的飞机。

我们在我们的冰岛50中也有金属零件,特别是在门上。当我说金属时,这实际上是指钛。所以它是一种高强度金属。这里有一个非常好的使用案例和机制,基本上是开关门,而这个部分我们可以使其轻30%,因此在制造上更便宜。

自从成为爱好者以来,这项技术也变得非常赚钱。根据市场研究公司Precedence Research的数据,2022年3D打印材料的市场约为170亿美元,预计到2032年将增长到近1000亿美元。它对未来的最大影响可能不是我们所承诺的家中那些星巴克风格的复制器。相反,它可能正在改变我们制造东西的方式,但这项技术仍然相对较新,工程师们仍在摸索如何最好地使用3D打印以及用于什么。

《州立日报》。这是万物的未来。我是亚历克斯·索·沙拉。

我是丹尼·刘易斯。今天,我们将探讨增材制造如何改变我们制造从飞机到汽车再到房屋的一切。

以及这项技术如何使它们更快、更便宜,继续关注我们。

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阿什,了解更多。

我最近访问了新泽西的罗克大学,在那里我遇到了吉夫·莫赫拉。莫赫拉研究制造事物的新方法,包括3D打印。他向我展示了他的一位研究生组装的这个奇特的东西。

这正是为什么访问和AZ访问。这是安装在一个鲁姆巴上的,对吧。

这是一个字面意义上的鲁姆巴,但一个静音的,黑色圆盘的图片,上面有一堆裸露的电路板,以及一束明亮的蓝色塑料纤维,这些塑料纤维被送入连接在机器人吸尘器背面的3D打印机的喷嘴。因此,当它在金属桌子上移动时,它会在后面留下一个轨迹。不过,并不是一切都按计划进行。

房间开始移动,但打印机没有工作。过程可能无法启动,因为WiFi现在断了。埃文·马特罗瓦是我的一位研究生。那种情况会发生,但我们可以看到顶部的飞行,并且我们能够毫无问题地操控。几分钟后,经过一根网线,鲁姆巴准备好打印了。

所以现在机器人正在找出它的位置。它正在触摸底座,去哪里?然后它将开始打印。所以你可以看到它开始推出材料。

当我们看到鲁姆巴在一个大约两英尺长的明亮蓝色塑料方块上移动时,它看起来相当不错。每一侧大约是几张信用卡的厚度,由同样的材料制成,缠绕在那个学校上,连接到机器人的背部。当鲁姆巴慢慢移动到方块上时,更多的塑料在它后面铺开,像蜗牛留下的轻微轨迹。

第一块土地是由桌子上的模型打印的,第二块土地是它爬上去的,我打印了一个点,对吧?

莫赫拉说,鲁姆巴的原因是为了使增材制造更具适应性。他说,一个不受盒子限制的移动打印机可以让未来的打印机构建更大、更复杂的物体。

如果你想让它们变得更大更大,制造机器也要变得更大更大,最终,如果你想制造一个房间大小的东西,你必须购买比这个房间更大的东西,花费数百或数千美元。

对吧?事实上,大小是霍克·肖尔德所提到的一个限制,他负责空客的增材制造,这也是可以使这项技术在未来对他的公司更有用的东西。

这项技术正在取得许多进展。机器变得越来越大,生产力也越来越高。因此,增材制造变得越来越多规则,成为一种更容易实施的技术。

这是许多公司正在实验的事情,他们的工业流程,机器人能够使用一堆3D打印机制造大量小零件,无论是原型、模具还是工厂工人使用的工具。其中一家公司是福特,野马和F-150的制造商。

在我们北美的工厂中,我们可能有超过70台3D打印机,帮助制造经济援助操作员以更好的方式保持零件,以获得更高的质量,用于备件和设备。他们可以非常快速地做到这一点,并且可以进行交互式原型设计。

那是埃杰里乌斯·普赖斯。他是福特汽车公司的全球制造工程执行董事。他说,自动化已经使用3D打印设计和生产汽车几十年了。

如果你回顾价值链,我们在北美制造的每一款福特车型,那个汽车要么被3D打印零件触碰过,要么使用3D打印零件开发项目,或者使用3D打印零件制造工具来帮助制造它,普赖斯说。

3D打印或增材制造,无论你想怎么称呼它,正在成为工厂生产线的更大部分。但这项技术仍然需要克服一些挑战。

我们正在努力的事情之一显然是如何扩大规模,使其更高效,生产更多的零件?我们如何才能以非常具有成本效益的方式让375,000个零件从这个过程中出来?

在大多数情况下,普赖斯表示,福特使用标准的3D打印机进行大型项目。公司的工程师通常会制造多个零件并将它们粘合在一起。吉夫·莫赫拉教授表示,鲁姆巴项目是解决速度、大小和效率问题的一种方式。

在接下来的五到六年里,较大的想法是能够说,我们有一支由这些3D打印机组成的军队,四到五台这样的机器一起工作,构建小而小的部分。小而小的部分可以组合成更大的零件,对吧?我们让它们一起工作,这样你就可以构建一个比每个单独的机器人或每个单独的制造机器都要大的心脏。

如果多个打印机安装在鲁姆巴上或类似的东西上,可以一起在比它们自身更大的东西上工作,这可能会为更大、更复杂的3D打印项目打开大门,将每个机器人变成莫赫拉所称的微型工厂。无论你是在制造一个汽车零件的工具还是零件本身,莫赫拉表示,增材制造有潜力变得更加精确。

卢宗是增材制造的一个很好的例子。实际上,你添加牛肉,添加奶酪,添加美乃滋酱,所有这些,对吧?在增材制造中也是非常相似的。我们可以在不同的位置添加不同的材料和不同的层。我们可以在不需要的地方留出空间。

例如,雕刻一块固体金属以制造工具的模具,3D打印机或一组机器人可以直接制造工具本身,从而节省时间、材料和金钱。另一方面,仅依赖一台机器可能意味着如果某些东西坏了会出现大问题。

增材制造面临的一个问题是,出错的机会很多,对吧?你是逐点添加材料。如果你添加五万点,那么一个好的赌徒知道你有多少机会搞砸,对吧?更大的零件,更多的问题,潜在的。

失去时间和金钱,而3D打印本应节省这些。为了防止3D打印物体像一个制作不良的拼图一样崩溃。安娜·莫赫拉向我展示了另一个项目。他的一位研究生正在研究一种像自我校正的喷墨打印机的设备。

那里。

是的,那里有一个微小的错误。IT是一个非常小的错误,但当我们在一个特写镜头屏幕上观看时,两条塑料线之间出现了一个几分之一英寸的间隙。

我们可以。这个部分的属性是垃圾,对吧,我们不想要。所以现在它已经自我修正了。

当我们交谈时,间隙消失了。新打印的塑料再次直接与之前的线相邻。这只是一个演示,但我的莫赫拉说,即使是一个小错误也可能永久削弱3D打印物体。

如果你把拉扎拉的片段叠加在一起,你需要奶酪粘附在底部的所有东西上,对吧?如果你没有它,那么当你开始吃它时,就像一个糟糕的三明治一样会崩溃。

同样的喷墨打印机还有其他能力,允许一次使用多达14个不同的喷嘴,这与传统的3D打印机只有一个喷嘴不同。莫赫拉向我展示了学生们用这个设备制作的几种不同物体。由多种塑料填充的多彩物体。

每种颜色对应于不同的排除器,或不同的打印头。也就是说,一个部分是蓝色,一个部分是铜色。所有这些都是同时打印的。

就像家用打印机为不同种类的墨水配备了单独的墨盒,制造能够以相同方式混合不同材料的3D打印机,以及喷墨打印机混合不同颜色的打印机,可能是朝着拥有一台能够一次性制造复杂零件的单一打印机迈出的重要一步。

关键是能够做到这一点,并且在不同应用中具有足够的规模,使用足够的材料,具有足够的控制。我们需要能够在各个领域做到这一点。当福特能够大规模制造增材制造的发动机时,增材制造将实现其真正的潜力。

不过,目前,福特工程师普赖斯表示,他的公司主要关注3D打印的未来,制造小组件和工具,而不是整个发动机,而是发动机零件。

目前我们可以打印的材料数量有限,一些材料具有更广泛的特性,因为我们在生产车辆时使用许多不同材料的原因是因为我们需要特定材料的特性,基于其功能,从你坐的内部部件到悬挂组件,部件必须非常轻,但也要非常坚固。

此外,他表示,增材制造对福特这样的公司来说并不更快。

如果你拿一辆F-150,我们每58秒制造一辆,对吧?所以那是一个很大的量。传统的制造方法更适合这些事情。

所以对我来说,这更多的是关于你为工作选择合适的工具,对吧?不能用叉子吃汤。同样,我们必须考虑哪些是让我们最有效的正确工具。

但一些研究人员已经在尝试一些更大规模的应用,制造他们认为可以解决这些挑战的未来工厂。亚历克斯在休息后将详细介绍这可能如何运作。

亚马逊q业务是来自AWS的新生成AI助手,因为许多任务可能会使业务变慢,就像在泥中等待一样。幸运的是,有一个更快、更简单、更少麻烦的选择。亚马逊q可以安全地理解您的业务数据,并利用这些知识来简化任务?现在,您可以在短时间内总结季度结果或进行复杂分析。

Q,搞定了。了解亚马逊q业务可以为您做些什么,访问AWS.com。闪光。了解更多。

3D打印不仅仅是爱好者的玩具——它可能是未来制造业的核心。公司们正在转向这项技术,以比传统技术更快、更便宜地制造从汽车和飞机零件到房屋的各种产品。如今,随着3D打印(也称为增材制造)速度的提升,研究人员正在测试其极限。《华尔街日报》的亚历克斯·奥索拉和丹尼·刘易斯探讨了这项技术如何构建未来的工厂。

这台3D打印的冰岛鱼处理机包含了未来更少全球化经济的秘密 风险投资者正在向3D打印初创公司注入资金。原因在这里。 能源公司转向3D打印以绕过拥堵的供应链 随着对住房需求的增长,3D打印房屋在奥斯丁附近如雨后春笋般涌现

<raw_text>0 在缅因州的奥罗诺,有一座房子与我见过的任何房子都不同。它是一间相对较小的一卧室,约六百平方英尺,配有厨房、客厅和浴室。它有一个前廊,采光很好。

这一切都很正常。但有一些细节显示了它的独特性,比如它独特的弯曲墙壁和天花板,而且它们是由我从未见过的木质材料制成的。它是有棱角的,并且分层沉积。

高中生们,他们走进来,我说,哦我的天,我可以住在这里。我想要一个。

我该如何获得一个这样的房子?这是缅因大学先进结构与复合材料中心的主任比特·达格。他说,这个家特别之处在于它是用木纤维3D打印的,生物反应器是可回收的。达格最终希望能够在大约48小时内打印出这样的房子,尽管打印这个房子花了更长的时间。一旦部件完成,它们可以被运输并迅速组装。

所以基本上,当你到达房子时,组装房子需要一天,或者一天就完成。

像这样的结构的直接目标是解决该州正在发生的住房短缺问题。但这并不是复合材料中心唯一在制造的大件物品。他们还生产了一艘实际上可以漂浮的船,海上风电机的叶片模具,甚至是高层建筑的地板系统。

还记得我们谈论的大规模增材制造吗?这就是一些实际发生的地方。当然,要打印大型物品,你需要一个非常大的打印机。

缅因大学的这台打印机是世界上最大的。我亲眼见证了它的运作。实际上,我站在里面,以便让你感受到它有多大。打印机设计用于打印长达100英尺的物体,大约是两辆校车的长度,宽度为22英尺,稍微超过两辆校车并排的宽度。在这里有点难以听到,因为我们站在打印机内部。

这就是所谓的定位系统。

所以,只是,某种东西,所有夏天都在定位。而执行工作的工具,我们称之为末端效应器。

缅因大学复合材料中心已经在代表客户使用这台3D打印机制造物品,客户包括建筑公司和美国政府。

你所处的并不是一台3D打印机,而是一个混合制造系统,具有多种制造过程,因为打印并不是解决问题的唯一方法。因此,通过拥有多种制造过程的协作,包括3D打印,是实现我们所需目标的关键。

达格所称的未来工厂的愿景是这样的。假设你有一个制造飞机零件的工厂,而不是只有一台机器,那就只有一件事。未来工厂的愿景是每台机器都可以做多种事情,这只有通过大量反馈和不同仪器之间的沟通才能实现。

所以基本上,制造过程是你在打印某些东西的同时进行感知,同时将信息发送到计算机和冰系统,这样我就可以看到我们要修复的问题,因为这是一个问题,而你让我做到这一点。打印越多,这个问题就越明显,达格说。

该大学已经筹集了8150万美元来建设这个未来工厂,并将在今年晚些时候破土动工。他说,他们仍然有很多未知,比如他们可以使用什么材料,以及这项技术可以为哪些行业带来改变。

我们是第一个在如此大规模上尝试真正理解机会和挑战的人,试图利用这项技术,并试图理解什么在我们的未来中真正重要,因为并不是所有东西都可以被打印,也不应该被打印,但什么可以被打印,什么应该被打印,以及如何打印它们,这些都是挑战。

对于空客的霍克·肖特来说,我们之前见过的那位,可能会对其制造过程和底线产生重大影响。

这可能意味着你不再需要大规模存储零件,例如,你只需按需生产。这非常灵活。这是增材制造的一个巨大优势,能够保持韧性。增材制造作为一种工业韧性技术,你可以说,因为它非常灵活,你可以用同一台机器制造许多不同的零件。因此,这是一个巨大的好处。

那些人表示,该公司计划在未来扩大其3D打印的使用。它仍在摸索何时以及如何最好地利用这项技术。尤其是在技术不断进步的情况下,设计机器的人们正在弄清楚如何使用新材料和减少浪费。

因为增材制造实际上仍然是一项复杂且昂贵的技术。所以我们不会将其用于非常简单的东西,如果你可以通过金属弯曲、简单的折弯来完成,你就不想用打印机来做。但如果是复杂的,整合了许多不同功能的东西,那就可以。

你能想象有一天一架完全由3D打印制造的飞机吗?

当然,我可以想象在不久的将来,在接下来的五年、十年内,可能不会。飞机仍然非常复杂,制造它们需要许多技术。

《华尔街日报》未来一切的制作人是西蒙·伊根,未来一切的编辑总监。本集由我、亚历克斯·奥索拉和丹尼·刘易斯制作。