金屬3D打印擁有的巨大潛力足以顛覆傳統的產(chǎn)品設計和制造方式；它有助于推動(dòng)有價(jià)值的產(chǎn)品創(chuàng )新，為開(kāi)創(chuàng )全新業(yè)務(wù)模式創(chuàng )造機會(huì )。本文將探討增材制造將給市場(chǎng)帶來(lái)哪些實(shí)質(zhì)性的變化，以及企業(yè)應采取何種措施來(lái)引領(lǐng)這場(chǎng)制造技術(shù)的革命。

上一篇介紹了增材制造應用的階梯模型的前兩級臺階，在本文中，將繼續介紹更上方的兩級臺階。

臺階2-零件集成

這是開(kāi)始改變產(chǎn)品設計的第一步，以便充分利用增材制造能夠加工復雜形狀的特性。在這種情況下，希望通過(guò)將多個(gè)零件集成到單一且完整的加工件中，精簡(jiǎn)產(chǎn)品中的零件數量。這一級臺階，有三個(gè)增材制造功能可發(fā)揮作用：

a.多特征部件

增材制造允許為部件設計細節特征，然后只需一次操作便可完成加工，無(wú)需額外的流程步驟?？上に嚨膹碗s性，轉而將其注入到零件中。

將多個(gè)加工步驟合并為單一的增材制造操作，自動(dòng)加工出的單一加工件便可替代復雜的裝配流程，降低模具成本、縮短總加工時(shí)間以及縮短交貨時(shí)間等。

b.消除結合點(diǎn)

在產(chǎn)品設計中，對傳統制造過(guò)程無(wú)法一次完成的復雜形狀，需加入接合點(diǎn)。接合點(diǎn)是指配對特征、緊固件、插頭、墊片和密封圈等。它們會(huì )增加產(chǎn)品的零件數量、重量、加工和裝配時(shí)間，也會(huì )導致產(chǎn)品結構中出現薄弱環(huán)節，各部件之間匹配不佳，埋下故障和性能隱患。因此最好避免接合點(diǎn)！

增材制造可在一次操作中加工出復雜形狀 — 例如下圖所示的扭曲狀波導管，有助于節省裝配成本，提高長(cháng)期使用效益。

c.連環(huán)結構

可在一次增材制造過(guò)程中生產(chǎn)具有連環(huán)結構的部件，無(wú)需進(jìn)一步裝配操作。如此可制造出外觀(guān)整潔、極具吸引力的多功能零件。

臺階3—DfAM優(yōu)化

到達階梯頂部可利用最為高級的增材制造功能。運用增材制造專(zhuān)用設計 (DfAM) 原理，充分利用其帶來(lái)的設計自由，獲得創(chuàng )新、定制的解決方案。

a. 空心/多孔結構

傳統方法生產(chǎn)的許多零件為實(shí)心結構，盡管空心結構的強度并不遜色，但傳統加工方法費時(shí)費力，成本昂貴。增材制造通過(guò)單一加工過(guò)程輕松加工出空心結構，材料使用少、加工時(shí)間短。例如網(wǎng)狀結構在保持強度的同時(shí)，重量減輕50%。

b. 拓撲優(yōu)化

拓撲優(yōu)化也可減輕零件重量，原理是定義相鄰結構的接觸面及其所承受的載荷?？紤]這些載荷對材料產(chǎn)生的應力，并去除應力最小區域中的材料，只保留能以最有效方式傳輸指定載荷的區域中的材料。

以下為空間探測設備使用的一支架，其重量是極為關(guān)鍵的因素。通過(guò)拓撲優(yōu)化，支架變?yōu)榭招慕Y構 —“命運之手指”—重量減少了三分之一，設計和生產(chǎn)時(shí)間也大大縮短。

c. 增強美觀(guān)性

增材制造技術(shù)讓我們能隨心所欲地設計各種不尋常的天然形狀，生產(chǎn)出創(chuàng )新且富有吸引力的產(chǎn)品，例如珠寶。

d. 增加表面積

承載接觸面需較大的表面積，以確保良好的附著(zhù)性。骨科植入體尤其如此，醫生希望提高金屬植入體和鄰近骨骼間的相容性，確保二者穩固接合，盡量防止出現“應力遮擋效應”，避免后續手術(shù)修復治療。大面積接觸表面，還有利于提高金屬與復合材料之間的接合強度。

e. 提高傳熱性

設計新型熱交換器是增材制造技術(shù)的一個(gè)重要應用。為最大限度提高一種液體與另一種之間的換熱效率，熱交換器內部應具有大量復雜的微型薄壁管道和二次表面。增材制造能經(jīng)濟高效地加工出內外部細節特征，產(chǎn)品性能更高，重量更輕。對賽車(chē)、公路車(chē)輛及綠色能源產(chǎn)品設計具有明顯優(yōu)勢。

f. 高強度合金

某些合金材料具有理想的熱屬性和機械屬性，但加工難度大，實(shí)際應用受到限制。增材制造本質(zhì)是熔接過(guò)程，只要能將合金“霧化”為粉末，就可使用激光技術(shù)加工材料。

g. 微型結構材料

增材制造可加工出精細的網(wǎng)狀結構，為生產(chǎn)具有特定屬性的金屬“泡沫”創(chuàng )造了機會(huì )。此類(lèi)微型結構材料經(jīng)過(guò)設計可具有各向異性的屬性 — 例如不同平面具有不同的剛性和導熱性。標準和定制的微型結構材料為生產(chǎn)輕質(zhì)、高性能產(chǎn)品開(kāi)啟新的機遇。

h. 按照物料清單進(jìn)行生產(chǎn)

增材制造無(wú)需刀具，模具，可將不同產(chǎn)品組件的制造過(guò)程集成到單一的加工工序中，一次性制造所有主要組件，對其進(jìn)行后處理并完成組裝。有助于簡(jiǎn)化生產(chǎn)調度、減少庫存。還可有選擇地將其與本地化生產(chǎn)，大規模定制相結合

我們?yōu)槿虻谝惠v3D打印山地自行車(chē)制造的車(chē)架就是個(gè)應用典范。

i. 大規模定制

只要有想要制造零件的CAD模型，無(wú)論是制造與之前完全相同的零件，或有稍許差異，使用增材制造在成本和加工時(shí)間方面幾乎沒(méi)有差別，能以經(jīng)濟實(shí)惠的方式生產(chǎn)定制零件。雷尼紹的種植牙業(yè)務(wù)每天要根據不同口腔技工所的設計文件，制造形狀各異的修復體。這些修復體可在一次加工過(guò)程中完成，降低成本。

定制化零件能更好適應其應用環(huán)境，安裝更簡(jiǎn)便、使用效果更好，從而能提供更高價(jià)值的服務(wù)。當定制化生產(chǎn)與增材制造的其他特點(diǎn)相結合，便擁有了顛覆傳統大規模生產(chǎn)模式的力量。

希望這篇文章可幫助您分析增材制造將對市場(chǎng)產(chǎn)生的深遠影響，并思考您應如何應對以便引領(lǐng)行業(yè)變革。