Marc Saunders

雷尼紹全球解決方案中心總監，負責增材制造（金屬3D打?。玫钠占?/strong>

人人都在談?wù)?D打印技術(shù)將如何改變目前的制造環(huán)境，這項技術(shù)也成為了工業(yè)4.0創(chuàng )新浪潮的一部分，人們希望它能夠徹底變革現有的生產(chǎn)方式。這或許有點(diǎn)夸張，但增材制造 (AM) 確實(shí)昭示著(zhù)生產(chǎn)力的巨大革新。 

增材制造在每個(gè)行業(yè)的應用步伐取決于行業(yè)自身的特點(diǎn) — 例如監管水平 — 以及現有及潛在的業(yè)界客戶(hù)對創(chuàng )新和風(fēng)險所持的態(tài)度。毫無(wú)疑問(wèn)，制造業(yè)市場(chǎng)蘊含著(zhù)巨大的變革機會(huì )。但問(wèn)題是，當機遇來(lái)臨時(shí)，您如何讓自己的企業(yè)立于不敗之地？

最好先思考一下，增材制造會(huì )給市場(chǎng)帶來(lái)什么樣的本質(zhì)性改變，而您希望如何應用這技術(shù)來(lái)增強您的競爭力。階梯模型簡(jiǎn)要介紹了應用增材制造的不同階段：

增材制造的生產(chǎn)效益

應用增材制造可能獲得的各種效益，包括在產(chǎn)品制造過(guò)程中累積的生產(chǎn)效益，以及在產(chǎn)品投入使用之后累積的長(cháng)期效益。沿階梯上行時(shí)，在新產(chǎn)品設計和驗證方面的投入，及新制造工藝方面的投入都會(huì )上升，但獲得的效益也會(huì )隨之增加：

增材制造帶來(lái)的效益會(huì )隨著(zhù)階梯的爬升而提高，因為能夠更多地利用到它所具有的獨特功能。這些功能應用越多，增材制造產(chǎn)品就越具有創(chuàng )新性和突破性，價(jià)值也越大。

那么這有什么實(shí)踐意義呢？您可以逐步應用哪些功能？接下來(lái)將重點(diǎn)介紹增材制造在階梯模型的四級臺階您可以發(fā)揮的功能。本篇先介紹第一個(gè)臺階0。

臺階0—快速原型制造和加工

這通常是許多公司開(kāi)始應用增材制造的起點(diǎn)，即快速制造模型和工具，此時(shí)的產(chǎn)品設計尚未定型。在這一級臺階，有兩個(gè)增材制造功能可發(fā)揮作用：

a. 可重復的數控加工

增材制造是一種高度自動(dòng)化的過(guò)程，在裝填好粉倉并啟動(dòng)激光之后，整個(gè)加工過(guò)程便無(wú)需任何人工干預。因此，它可替代傳統的加工流程，提高生產(chǎn)成本效益，而加工結果的精度和可預測性也更好。增材制造在口腔領(lǐng)域的應用就是很好的例子，手工制作的模型被采用數字化設計并自動(dòng)加工出的植入體替代。這是增材制造的內在特性，在階梯的所有階段都能獲得這些效益。

b. 隨形冷卻

這是一個(gè)可以成功應用于模具制造的復雜功能。隨形冷卻需要根據零件輪廓構建冷卻液通道，確?？焖倬鶆虻臒崃總鬟f。通道本身應設計成具有流暢的圓角，可避免冷卻液滯留而導致腐蝕，同時(shí)確保冷卻液能以較小壓降順暢流動(dòng)?？蓪⒍鄺l冷卻液通道設計到一個(gè)復雜模具中，每條長(cháng)度相同，確保均勻冷卻。最終生產(chǎn)出的模具制造周期短、使用壽命長(cháng)。

也可將隨形冷卻功能應用到產(chǎn)品本身，但這需要更改產(chǎn)品設計，在應用階梯模型中屬于最高一級臺階了。

臺階1 — 直接零件替換

我們在階梯模型中向上移動(dòng)一級，來(lái)到零件制造階段，但這僅是對現有零件的復制。這里只有制造工序發(fā)生變化，而零件的幾何形狀并未發(fā)生改變。這個(gè)階段可實(shí)現增材制造的另外兩個(gè)功能：

a. 近凈成型制造

相較于切削式加工方法，增材制造的一個(gè)重要特性是，材料浪費非常少。我們要考慮批量生產(chǎn)，那么單位浪費率就變得十分重要。

在航空航天領(lǐng)域，BTF比率（原材料與成品零件之間的重量比值）是衡量加工效率的一個(gè)關(guān)鍵指標 — 在生產(chǎn)過(guò)程中，有多少原材料成為了切屑？增材制造是一種“近凈成型”工序，盡管通常仍需要一些后處理操作，用于確保成型體成功的必要支撐結構也屬于一種材料浪費。增材制造并非完美無(wú)瑕，但它帶來(lái)的優(yōu)勢卻極具吸引力，GKN Aerospace就是一個(gè)例子：

b. 本地化生產(chǎn)

增材制造無(wú)需模具，能消除與模具制造相關(guān)的高昂固定成本，有助于提高小規模制造企業(yè)的經(jīng)濟效益 —即使是一家小型企業(yè)，也能獲得成本競爭優(yōu)勢，同時(shí)憑借臨近客戶(hù)的便利性，可提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)?？山璐藱C會(huì )革新現有供應鏈，或改造現有供應鏈以提高響應速度。

上部曲總結

本部分介紹了在增材制造應用階梯模型的前兩級臺階中增材制造的一些基本功能。下一分將完整介紹階梯模型的剩余臺階，深入探討一些更加高級的增材制造特性。

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