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Marc Saunders

雷尼紹全球解決方案中心總監(jiān)，負(fù)責(zé)增材制造（金屬3D打印）應(yīng)用的普及

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(xiàng)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(xiàn)有的生產(chǎn)方式。這或許有點(diǎn)夸張，但增材制造 (AM) 確實(shí)昭示著生產(chǎn)力的巨大革新。 

增材制造在每個(gè)行業(yè)的應(yīng)用步伐取決于行業(yè)自身的特點(diǎn) — 例如監(jiān)管水平 — 以及現(xiàn)有及潛在的業(yè)界客戶對(duì)創(chuàng)新和風(fēng)險(xiǎn)所持的態(tài)度。毫無疑問，制造業(yè)市場蘊(yùn)含著巨大的變革機(jī)會(huì)。但問題是，當(dāng)機(jī)遇來臨時(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)給市場帶來什么樣的本質(zhì)性改變，而您希望如何應(yīng)用這技術(shù)來增強(qiáng)您的競爭力。階梯模型簡要介紹了應(yīng)用增材制造的不同階段：

增材制造的生產(chǎn)效益

應(yīng)用增材制造可能獲得的各種效益，包括在產(chǎn)品制造過程中累積的生產(chǎn)效益，以及在產(chǎn)品投入使用之后累積的長期效益。沿階梯上行時(shí)，在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和驗(yàn)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：

增材制造帶來的效益會(huì)隨著階梯的爬升而提高，因?yàn)槟軌蚋嗟乩玫剿哂械莫?dú)特功能。這些功能應(yīng)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(yīng)用哪些功能？接下來將重點(diǎn)介紹增材制造在階梯模型的四級(jí)臺(tái)階您可以發(fā)揮的功能。本篇先介紹第一個(gè)臺(tái)階0。

臺(tái)階0—快速原型制造和加工

這通常是許多公司開始應(yīng)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(shè)計(jì)尚未定型。在這一級(jí)臺(tái)階，有兩個(gè)增材制造功能可發(fā)揮作用：

a. 可重復(fù)的數(shù)控加工

增材制造是一種高度自動(dòng)化的過程，在裝填好粉倉并啟動(dòng)激光之后，整個(gè)加工過程便無需任何人工干預(yù)。因此，它可替代傳統(tǒng)的加工流程，提高生產(chǎn)成本效益，而加工結(jié)果的精度和可預(yù)測性也更好。增材制造在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用就是很好的例子，手工制作的模型被采用數(shù)字化設(shè)計(jì)并自動(dòng)加工出的植入體替代。這是增材制造的內(nèi)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(yīng)用于模具制造的復(fù)雜功能。隨形冷卻需要根據(jù)零件輪廓構(gòu)建冷卻液通道，確保快速均勻的熱量傳遞。通道本身應(yīng)設(shè)計(jì)成具有流暢的圓角，可避免冷卻液滯留而導(dǎo)致腐蝕，同時(shí)確保冷卻液能以較小壓降順暢流動(dòng)。可將多條冷卻液通道設(shè)計(jì)到一個(gè)復(fù)雜模具中，每條長度相同，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。

也可將隨形冷卻功能應(yīng)用到產(chǎn)品本身，但這需要更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在應(yīng)用階梯模型中屬于最高一級(jí)臺(tái)階了。

臺(tái)階1 — 直接零件替換

我們?cè)陔A梯模型中向上移動(dòng)一級(jí)，來到零件制造階段，但這僅是對(duì)現(xiàn)有零件的復(fù)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(xiàn)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(fèi)非常少。我們要考慮批量生產(chǎn)，那么單位浪費(fèi)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(biāo) — 在生產(chǎn)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(jié)構(gòu)也屬于一種材料浪費(fèi)。增材制造并非完美無瑕，但它帶來的優(yōu)勢(shì)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(guī)模制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益 —即使是一家小型企業(yè)，也能獲得成本競爭優(yōu)勢(shì)，同時(shí)憑借臨近客戶的便利性，可提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。可借此機(jī)會(huì)革新現(xiàn)有供應(yīng)鏈，或改造現(xiàn)有供應(yīng)鏈以提高響應(yīng)速度。

上部曲總結(jié)

本部分介紹了在增材制造應(yīng)用階梯模型的前兩級(jí)臺(tái)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(tái)階，深入探討一些更加高級(jí)的增材制造特性。

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