洞察：3D打印大批量生产应用，正在加速
导读：在南极熊发布的《2020年全球3D打印融资事件盘点，总额超200亿元，加速蜕变》一文中，2020年Covid-19大流行，3D打印企业的融资反而有所增加。其中一个重要原因可能是，新冠的流行，加速了3D打印技术的批量化生产应用，甚至提前了5年到10年。无论是高效率光固化3D打印技术在抗击新冠病毒疫情时起到的巨大作用（详细案例请看“3D打印抗击新冠病毒”专栏https://www.nanjixiong.com/forum-230-1.html），还是多激光大尺寸金属3D打印机受到高端制造业的青睐（详情请看《大趋势：18家多激光金属3D打印厂商，剑指高效率/大尺寸/批量制造》），似乎都在向我们提示——3D打印批量生产应用的时代正在到来。
△3D打印呼吸机气阀
△光固化3D打印鼻咽拭子，一盘可生产上百个
下面，我们将以3D打印鼻咽拭子的现实应用，来洞察这种趋势。
背景
在Covid-19检测时，舒适感并不是首要考虑因素。不少人看到鼻咽拭子检测，都感觉怕怕的。南极熊在北京接受过鼻咽拭子检测，医护人员用一根细细的棉签快速推到鼻腔的远处，还搅拌三四圈，感觉十分酸爽！
现在到了2020年的尾声，中国国内的Covid-19已经被有效控制，但放眼全球，国外的病例数仍在增加，检测设备仍然是全球的主要需求。为了正确诊断病例并跟踪传播，急需鼻咽（NP）拭子。除了中国，其他国家的测试拭子的供应仍然紧张。
△Ziggzagg制造的3D打印拭子进行鼻咽拭子检测
中国是全球的制造业大国，面对新冠疫情，一开始都物资缺乏。而国外很多国家，其制造业早已空心化，物资缺乏的程度更是严禁。在2020年证明最有效的供应链应对措施中，3D打印一直在满足对快速制造的需求。这包括大量个人防护设备（PPE）的生产，和诸如NP拭子之类的检测产品。2020年12月14日，forbes发布了一篇可以深刻体现3D打印技术在抗击新冠疫情的作用。
3D打印鼻咽拭子流向全球
2020年3月，惠普（HP）作为增材制造（3D打印）行业公司的一员，将技术转变为生产疫情物资产品。惠普迅速调整了许多业务，并与贝斯以色列女执事医疗中心（BIDMC）合作开发了3D打印NP拭子，并短期内进行了临床验证。只需48小时，就开始评估第一批原型拭子。从最初接触到最终拭子的交付，仅过了35天。
到了5月，这些拭子已经准备好进入美国市场，但需求是全球性的，惠普3D打印机的装机和提高生产服务，也开始了世界各国的本地化。6月份，比利时的3D打印服务商ZiggZagg，由于之前已经列装了一批惠普3D打印机做制造服务，也开始生产当地急需的拭子。ZiggZagg的首席执行官Stijn Paridaens说：“由于它已经在美国FDA批准，因此我们只需在欧洲获得CE认证即可。”
比利时政府批准了ZiggZagg，立即开始3D打印NP拭子用于比利时医院。到10月，ZiggZagg对美国的设计进行了略微修改，例如在断点上相差几毫米，仅比利时市场就生产了700,000支拭子。为了做出最好的拭子，他们改进设计，包括对每个拭子进行单独包装和灭菌，而不是普通的的五到十个拭子散装。“我们从一开始就选择了困难的路线，” Paridaens承认，因为“消毒使生产工艺变得复杂了十倍。”
除了增加复杂性之外，他们还选择增加了高级后处理。尽管3D打印的拭子可有效使用，并且已通过临床批准，但Paridaens指出，反馈指出“如果更光滑，让接受检测的人更舒服，这会更好。”
ZiggZagg与英国的Additive Manufacturing Technologies（AMT，全球3D打印后处理领导厂商之一）有过合作，交流用于3D打印零件后处理的工业自动化化学蒸汽平滑产品。这样一来就很自然地考虑到用这个技术，来处理3D打印的NP拭子，让它更平滑。
刚从HP的多射流熔融（MJF）3D打印机中取出的零件具有多孔且相对粗糙的表面。直接使用的话，接受检测的人可能会感到不安。更光滑的表面光洁度可以减轻对舒适性的担忧，同时可以帮助拭子更好收集准确测试所需的样品。
△左为刚出炉的拭子；右为经过自动化学蒸汽平滑处理后的拭子
经过对比，他们发现经过后处理的3D打印拭子，要好得多。而且，由于涉及到灭菌和包装，自动化批处理技术方案显得更为重要。
△经过化学蒸汽平滑，并准备包装的3D打印拭子
在此之前，多数时候，3D打印技术通常是用于原型制作，很少用于批量生产。有专家认为，今年新冠的大流行，让3D打印走向批量生产的应用，加快了5到10年。人们现在普遍将它视为传统制造的可行替代方案，这对于3D打印行业来说是一件了不起的事情。它不仅能大量生产产品，而且还是要求和认证都很严格的医疗领域中。
Paridaens认为，现在自己已经建立了一套成熟的3D打印拭子工艺和方案，即使以后没有了新冠，每月3D打印生产的医疗产品也将达上百万件。
英国抛出760万件防护面罩的3D打印订单，Photocentric本地化制造
2020年6月，3D打印机和材料制造商Photocentric，获得英国政府的重大合同，在六个月内生产超过760万个3D打印防护面罩。
这家位于英国的公司，利用其专利3D打印技术每月生产数百万件个人防护用品，支持一线NHS卫生工作者。能够在如此短的时间内改变制造工艺，生产出如此大量的面罩，Photocentric很好地展示了3D打印技术的优势。除了展示速度和适应性外，这份量产合同还表明，3D打印塑料部件的生产价格可以与传统制造工艺竞争。3D打印不再只在缓慢、昂贵的原型设计应用中，而是可以每天生产数十万个零件。
另外，这个大合同，它证明了PPE不再需要从国外运来，英国的本土制造商可以更快地提供零件，而且价格具有竞争力。借助这种本土化的制造技术，英国希望可以减少对海外生产的依赖，并在本地制造零件，在需要的时候以有竞争力的价格进行大批量生产。
PrintParts向纽约交付100万3D打印根鼻咽拭子
2020年9月，3D打印服务提供商PrintParts与自动化后处理开发商PostProcess Technologies合作，在美国纽约市（NYC）快速生产了100万根COVID-19鼻咽拭子。
△3D打印的鼻咽拭子
PrintParts发现纽约对NP检测拭子的需求越来越大，与纽约市的有关部门合作，并迅速扩大其打印能力，以满足检测需求，在曼哈顿开设了一个新的符合ISO 13485标准的生产实验室，并建立了专门的供应链，大规模生产。
Northwell Health 日产5000个3D打印棉签（鼻咽拭子）
2020年4月份，Northwell Health公司的3D设计和创新总监Todd Goldstein表示，在疫情期间，Northwell Health已经拿到了纽约市、长岛和韦斯特切斯特的医院订购的拭子订单中的25%左右。
他说，Northwell Health现在每天用3D打印机为医院生产5000支拭子，并计划将规模扩大到每天7500或8000个。
与Northwell Health合作的3D打印机厂商Formlabs公司也已经开始在其位于俄亥俄州的树脂厂生产拭子，工厂内有200台打印机，从地板到天花板堆放在机架上。正在生产 "数万个 "拭子，但计划增加到每天10万个。到目前为止，他们已经向医院系统和政府机构销售了约5万支棉签。
为什么是鼻咽拭子？
首先，当然是疫情之下的物资紧缺，即便传统常规制造方式开足马力生产也无法满足需求，这时候作为“万能制造设备”的3D打印机承担起增量生产的重任，人们只需要花费几个小时在电脑上设计出鼻咽拭子的3D模型，3D打印机就能将其制造出来。而且，3D模型一旦在网络上共享后，全球拥有相应3D打印机的用户都可以生产。
其次，鼻咽拭子的结构是一个细长的结构，这就为单次小批量生产创造了机会，通过垂直紧密的排版，一版可以生产几百个鼻咽拭子，100台设备一次就可以生产几万个。
什么样的产品适合3D打印批量生产？
① 结构复杂，拥有很多镂空结构，传统工艺很难做甚至做不出来（比如创成式设计的鞋底）；
② 每个件都略有不同，都是个性化的（比如牙模）；
③ 每个件都很小，3D打印单次排版可以生产很多（比如鼻咽拭子）；
④其它
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