增材制造將對市場產生深遠影響

雷尼紹

人人都在談論3D打印技術將如何改變目前的制造環境，這項技術也成為了工業4.0創新浪潮的一部分，人們希望它能夠徹底變革現有的生產方式。這或許有點夸張，但增材制造（AM）確實昭示著生產力的巨大革新。

增材制造在每個行業的應用步伐取決于行業自身的特點，例如，監管水平以及現有或潛在的業界客戶對創新和風險所持的態度。毫無疑問，制造業市場蘊含著巨大的變革機會。但問題是，當機遇來臨時，您如何讓自己的企業立于不敗之地？

最好先思考一下，增材制造會給市場帶來什么樣的本質性改變，而您希望如何應用技術來增強競爭力。階梯模型簡要介紹了應用增材制造的不同階段。

一、增材制造的生產效益

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

增材制造帶來的效益會隨著階梯的爬升而提高，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，增材制造產品就越具有創新性和突破性，價值也越大。

那么這有什么實踐意義呢？您可以逐步應用哪些功能？接下來將重點介紹增材制造在階梯模型的四級臺階可以發揮的功能。本篇先介紹第一個和第三臺階。

二、第一臺階——快速原型制造和加工

這通常是許多公司開始應用增材制造的起點，即快速制造模型和工具，此時的產品設計尚未定型。在這一級臺階，有兩個增材制造功能可發揮作用。

1.可重復的數控加工

增材制造是一種高度自動化的過程，在裝填好粉倉并啟動激光之后，整個加工過程便無需任何人工干預。因此，它可替代傳統的加工流程，提高生產成本效益，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。

2.隨形冷卻

這是一個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，確保快速均勻的熱量傳遞。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，同時確保冷卻液能以較小壓降順暢流動。可將多條冷卻液通道設計到一個復雜模具中，每條長度相同，確保均勻冷卻。最終生產出的模具制造周期短，使用壽命長。

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

三、第二臺階——直接零件替換

我們在階梯模型中向上移動一級，來到零件制造階段，但這僅是對現有零件的復制。這里只有制造工序發生變化，而零件的幾何形狀并未發生改變。這個階段可實現增材制造的另外兩個功能。

1.近凈成型制造

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

在航空航天領域，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關鍵指標。在生產過程中，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瑕，但它帶來的優勢卻極具吸引力，GKN Aerospace就是一個例子。

2.本地化生產

增材制造無需模具，能消除與模具制造相關的高昂固定成本，有助于提高小規模制造企業的經濟效益。即使是一家小型企業，也能獲得成本競爭優勢，同時憑借臨近客戶的便利性，提供更優質的服務。可借此機會優化現有供應鏈，或改造現有供應鏈以提高響應速度。

四、總結

本部分介紹了增材制造應用階梯模型的前兩級臺階的一些基本功能。下一部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。