美國3D打印產業的六大“驚人”突破

作為本世紀全球綜合實力最強大的國家，美國對自己發明的3D打印技術的應用似乎好不遜色。不僅在體制層面上大力推廣一系列完善行業體系的法案，還不斷將其廣泛應用于國內的航空航天，汽車以及其一直引以為傲的軍事項目當中。在全世界看來，美國對3D打印技術的應用似乎是最好的一個。

　　美國通過商業秘密法案：保護3D打印的又一途徑

　　有史以來第一次，美國國會通過一項立法，即針對商業秘密的盜用，當事人可以提起聯邦民事訴訟。2016年5月11日，奧巴馬總統簽署了《保護商業秘密法案》（the Act）1，該法案賦予當事人對竊取商業秘密的行為在聯邦法院進行起訴的權利。如果這項權利對你來說來得太晚，你是對的。此前，商業秘密竊案件取由州法律管轄，而大多數州則采用統一商業秘密法（UTSA）的某種翻版。與專利權和版權保護不同的是，憲法并未規定國會要將商業秘密作為一項權利賦予人民。新的聯邦法案并不會取代州立法，它僅為商業秘密持有者提供聯邦司法援助。

　　想一想專利保護花費了若干年才實現，而在3D打印領域，一個設計可以在數小時之內被掃描并復制出來，不得不說新法案為此提供了專利權之外的保護。新法案同樣適用于整體的知識產權保護。但需注意的是，該法案規定了在某些情況下的責任豁免。例如，以下情況披露商業秘密將不會被追究法律責任：私下與聯邦、州或者地方政府官員或直接與間接的與律師達成的；僅是為了報道或調查涉嫌違法行為；在投訴中或在訴訟中的其他文件中。同樣，因報道了雇主的涉嫌違法行為而被雇主報復，對此提起訴訟的個人可以向私人律師披露商業機密，同時也可在審判過程中使用商業秘密信息。

　　知識產權協議是最重要的保護形式。例如，雇員協議、咨詢協議、共同開發協議和許可協議可以清楚地闡明處在任何關系中的當事人的義務和責任。這些協議的成本不一，但是總體上遠遠少于專利保護。在幾小時之內湊成一個協議是十分容易的。其他形式的知識產權保護一般需要幾年時間才能實現。商業秘密一般可以在協議中確定，毫無疑問，這些信息是受到保護的。如果隨后會提起關于商業秘密信息的訴訟，那么記錄商業信息秘密則會提供額外的確定。

　　3D打印公司要求美國高等法院明確版權內容的界限

　　2016年5月2日，美國最高法院稱它將聆訊兩家拉拉隊制服供應商之間的一個案子，以重新定義該國版權法的保障范圍。2010年的時候，Star Athletica公司出版了其第一個啦啦隊制服的目錄，卻遭起訴。Varsity Brands——世界上最大的啦啦隊和舞蹈隊制服制造商——指控Star Athletica的制服設計侵犯了Varsity受版權保護的設計。這兩家服裝廠商之間的官司造成的影響已經超出了時尚領域。日前，三家3D打印公司——Formlabs、Matter and Form和Shapeways已經遞交了非當事人意見陳述書（amicus brief），要求高等法院受理此案，以尋求明確區分受版權法保護的創造性設計與不受版權法保護的功能對象，因為這對于定義日益繁多的3D打印設計非常重要。

　　Star認為，Varsity的版權要求是基于制服的功能元素的，因此不應該被允許。美國從來不允許將版權授予“有用的物品（useful articles）”，這一規定長期以來一直包括服裝。因此，Star在地區法院中勝訴，但是美國第六巡回上訴法院推翻了這一判決，反過來判定Varsity勝訴。Star于是再次向最高法院提起上訴。在遞交給最高法院的上訴書中，Star稱上訴法院的決定“加劇了司法機構的分歧，并否定了國會公認的剝奪對服裝設計或制服進行版權保護的做法，盡管過去一個世紀以來服裝設計業一直在為此進行游說。

　　巡回法院、美國版權辦公室與學者創造了“至少九個不同的測試標準”以將版權內容與功用分開。“但是第六巡回法院拒絕了所有上述9種標準，自己創建了第10種。”Star Athletica的律師寫道。另外，Star Athletica還抱怨了Varsity攻擊性的策略，稱后者已經起訴或收購了其他幾個競爭對手。“這一結果導致了制服價格的膨脹，損害了美國家庭的利益。”該上訴書中說。在兩次法庭判決中，地方法院的法官認為，很難將Varsity的設計與“一般啦啦隊制服的功用性功能”切割開。如果制造一個同樣形式的衣服，“卻沒有球隊的顏色、條紋和人字形紋飾”的話，就不會被認為是啦啦隊制服。

　　當然，對于我們來說，更重要的是，為什么Formlabs、Matter and Form和Shapeways這三家相當有知名度的3D打印公司要摻乎進來。在提交的非當事人意見陳述書上，這三家公司要求美國最高法院根據這一案件提供清晰的界限以從概念上區分什么是版權，什么不是。該陳述書稱，3D打印是一個革命性的技術，正在改變工業。但是有些對象有明確的版權，而有些沒有，這中間有大量的灰色地帶——標準尚不清楚。比如那些“純粹觀賞性和功能性”的3D打印對象，比如雕塑和珠寶，很清楚都擁有版權；而那些“純粹功能性的”設計，像一把扳手，也很清楚沒有版權。但是有相當比例的3D打印對象是將功能性與藝術性結合在一起的。為此這些3D打印公司想明確一個標準，讓他們知道自己的責任是什么。

　　美國空軍用3D打印件模擬冰來測試全球鷹無人機

　　美國全球鷹無人機由諾斯羅普·格魯曼（Northrop Grumman）公司研制，號稱目前（2013年）美空軍乃至全世界最先進的無人機，也是世界上飛行時間最長、距離最遠、高度最高的無人機。由于經常在高空飛行，因此這種無人機不可避免地在某些特定的氣候下其機身會在表面結冰，從而增加其重量和空氣阻力，降低飛機的性能。尤其是那些位于8000英尺至22000英尺高空的云團，是全球鷹在飛行時需要特別關注的，美軍Global Vigilance聯合測試部隊（CTF）的項目工程師Jonny Kim如是說。據該聯合測試部隊的試飛員Ryan Finlayson少校稱，全球鷹在向上或者向下穿過這些云團的5分鐘內其機身就會結冰。

　　為了保證這些因素不會對全球鷹產生負面作用，聯合測試部隊成員正在以特殊的方式對其進行測試。不過，他們并沒有等到天氣條件合適，有符合要求的云層形成之后再進行測試，而是使用3D打印技術制造的尼龍附件來模擬全球鷹在上升和下降過程中形成的冰。

　　一旦完成了地面測試，測試部隊就開始準備實際的飛行測試了。全球鷹需要帶著不同的油量飛行，首先是中等油量，然后再帶著更多的油量進行兩次飛行。“我們從低海拔地區開始，然后逐步提升海拔，并進行測試。”Finlayson少校稱，“我們已經證明，這架飛機如果加上了一小塊冰仍然可以飛行。”Kim稱這個項目的進行需要大量的團隊協作，其它參與該項目的機構包括全球鷹系統項目辦公室、諾斯羅普·格魯曼公司、美國空軍安全測試中心和很多的技術專家。據了解，這塊模擬的冰是利用一種被稱為選擇性激光燒結（SLS）的技術3D打印而成的。Kim稱該技術使用一個粉末床、一個激光器來燒結固化粉末從而創建形狀，可以燒結的材料包括金屬、玻璃和尼龍等。“SLS工藝可以在沒有支撐結構的情況下生成復雜的幾何形狀，制造出具有氣密性和水密性、耐高溫和高強度的零部件。這種生產工業很節省時間和金錢。”Kim說。

　　美國海軍陸戰隊舉辦為期兩天的3D打印培訓

　　2016年6月1日—2日，在北卡羅來納州的海軍陸戰隊基地軍營，來自美軍海軍陸戰隊各單位的代表學習了使用Invent3D打印機來設計、組裝3D對象。在這為期兩天的培訓中，這些海軍陸戰隊隊員學習了如何使用3D打印機、嘗試著組裝它們，并了解了3D打印機的能力。參與學習的人中包括飛機機械師、海軍陸戰隊后勤人員和輕武器維修技師，這些人員需要將3D打印機融入自己的日常職業工作中，使得海軍陸戰隊能夠在其需要的時候設計和3D打印出任何產品。一旦熟悉這項技術，他們就可以運用它來創建和打印使用CAD軟件設計的3D對象進而解決問題。

　　“這項培訓的目標就是要利用增材制造或者3D打印的某些優勢，”負責此項培訓的教員之一Justin Yates說，他也是法蘭西斯·馬瑞恩大學（Francis Marion University）的助理教授：“那些高度自定義，以及需要特殊工具、產品或部件的任務，以前由于很難找到商業化的產品或者由于成本的限制難以實現，如今我們可以坐在計算機前將其設計出來，然后使用3D打印機打印出來。”

　　而那些部署在前方的單位也可以在后勤支持無法獲得或者被延遲的情況下使用該技術制造出工具和零部件。比如當他們需要更換部件時，就可以根據準確的規格將其設計出來，然后再用3D打印機打印出。“我們的最終目標是希望將3D打印機整合進我們的新型移動設備商店。”美國海軍陸戰隊士官Justin Horn說，他是第2維修營的維護負責人。“所以如果需要制造一個被丟掉的部件，然后還有一名機械師在國內，你就會得到支持。但是我認為3D打印機還會有更為廣泛的用途。”

　　美國海軍將在今夏測試帶3D打印部件的V-22魚鷹

　　一直以來，美軍方都對3D打印在軍事領域的應用興趣濃厚，尤其是海軍。2016年5月17日，美國海軍航空系統司令部的（NAVAIR）與增材制造（AM）項目有關的官員在一次簡報當中介紹了他們的發展路線圖。NAVAIR增材制造與數據鏈集成產品團隊（IPT）負責人Elizabeth McMichael與其老搭檔NAVAIR飛行器開發首席科學家Bill Frazier同時介紹了該項目迄今為止獲得了一些具體的成果，其中包括將在6月份首次試飛的帶3D打印部件的V-22魚鷹傾轉旋翼飛機。

　　McMichael在簡報會現場還展示了該部件的幾個復制品，其鏈接件和配件都是用鈦鋁合金Ti-6Al-4V制成的。根據NAVAIR與海軍部密切合作制訂的這份數字路線圖，有幾個重點領域浮現了出來。首先最關鍵的是，她說，“如果我們要使用AM來制造零部件，就需要確定如何制造，并要對這些部件進行質量檢驗和驗證，使其能夠安全地用于我們的飛機上。”

　　據了解，要將這樣一個突破性的技術用于當前的軍事/工業商業模式質檢和驗證是繞不過去的至于在過去一年里的收獲，她說，“是這種技術可以讓你走得比我們想象中的要快很多。”除此之外，Frazier還介紹了一些技術方面的問題以及V-22零部件的3D打印和測試的結果，這中間有一部分是在賓夕法尼亞州大學應用研究實驗室和新澤西州Lakehurst的海軍空中作戰中心飛機分部完成的。在提到飛機零件中經常會受到關注的金屬疲勞及裂紋擴展時，他說“這種材料并沒有疲勞的問題”。“這意味著對于今年夏天進行的這次飛行試驗，我們不認為它會有很大的風險。”McMichael 說。

　　據Frazier稱，NAVAIR在增材制造方面的努力涉及到三個層次，其中包含零部件驗證、發展設計師需要的經過統計學證明的數據，和獲取所需的的知識和經驗并將用于計算模型的開發，這個模型能夠幫助我們確定一個質量處理的區間，這樣我們就可以在不同的機器和共有上復制它并能夠保證零部件的質量。“我們不想浪費時間和金錢去做不能復制的東西。”他說。鎖定該工藝絕對非常關鍵，McMichael補充說，“這不是我們擰擰旋鈕和轉盤就可以調整的東西”。另外，如果要使增材制造成為海軍解決像零部件短缺、生產周期較長這類緊迫問題的可行解決方案的話，從設計到支持進行數字流程的集成也很關鍵。“最終，我希望無論在哪里、無論何時，每當需要時，我們都能夠打印這些部件。”McMichael 說。

　　美國海軍在軍艦上建立3D打印實驗室

　　海軍們在海洋上掌舵遨游聽起來好像是一件很酷的事，但實際上他們在海上的生活非常辛苦。在無邊的海洋中，他們往往只有等到下一次靠岸才能得到想要的東西，而這需要很長的一段時間。現在通過3D打印技術就能給他們帶來有幫助的小東西。Casey Staidl中尉和其他三個水手在一次頭腦風暴中提出了一項設計，通過3D打印一個Tru-Clip，這個小夾子可以確保無線電扣附件不開裂或者折斷。與此同時，這個夾子的成本每個低至6美分，但如果沒有這個夾子，海軍就需要將船開到能夠靠岸的地方，花615美元購買新的無線電扣。在利用Tru-Clip短短3個月的時間內就已經為海軍節省了12000美元。

　　“它看起來不漂亮，甚至不是一個真正的創新，但是卻為我們節省了很多錢。” Casey Staidl中尉說到，“在過去的兩年半里，我們花了146000美元在這些附件上，而現在我們可以節省下這筆開支了”。對于海軍來說，有一個3D打印工作室非常有用。而現在3D打印技術也被用在了USS Essex 和USS Kearsarge這兩艘軍艦上。“我們在這兩艘軍艦上設立3D打印實驗室實際上是進行試點，旨在觀察海上是否能夠適合3D打印。”海上3D打印工作室負責人Jerrod Jenkins說。

　　事實上，3D打印技術早已應用到了軍事中。而現在在海上軍艦建立3D打印工作室是最新的進展，但不會是最后的。