增材制造将对市场产生深远影响

雷尼绍

人人都在谈论3D打印技术将如何改变目前的制造环境，这项技术也成为了工业4.0创新浪潮的一部分，人们希望它能够彻底变革现有的生产方式。这或许有点夸张，但增材制造（AM）确实昭示着生产力的巨大革新。

增材制造在每个行业的应用步伐取决于行业自身的特点，例如，监管水平以及现有或潜在的业界客户对创新和风险所持的态度。毫无疑问，制造业市场蕴含着巨大的变革机会。但问题是，当机遇来临时，您如何让自己的企业立于不败之地？

最好先思考一下，增材制造会给市场带来什么样的本质性改变，而您希望如何应用技术来增强竞争力。阶梯模型简要介绍了应用增材制造的不同阶段。

一、增材制造的生产效益

应用增材制造可能获得各种效益，包括在产品制造过程中累积的生产效益，以及在产品投入使用之后累积的长期效益。沿阶梯上行时，在新产品设计和验证方面的投入，及新制造工艺方面的投入都会上升，但获得的效益也会随之增加。

增材制造带来的效益会随着阶梯的爬升而提高，因为能够更多地利用到它所具有的独特功能。这些功能应用越多，增材制造产品就越具有创新性和突破眭，价值也越大。

那么这有什么实践意义呢？您可以逐步应用哪些功能？接下来将重点介绍增材制造在阶梯模型的四级台阶可以发挥的功能。本篇先介绍第一个和第三台阶。

二、第一台阶——快速原型制造和加工

这通常是许多公司开始应用增材制造的起点，即快速制造模型和工具，此时的产品设计尚未定型。在这一级台阶，有两个增材制造功能可发挥作用。

1.可重复的数控加工

增材制造是一种高度自动化的过程，在装填好粉仓并启动激光之后，整个加工过程便无需任何人工干预。因此，它可替代传统的加工流程，提高生产成本效益，而加工结果的精度和可预测性也更好。增材制造在口腔领域的应用就是很好的例子，手工制作的模型被采用数字化设计并自动加工出的植入体替代。这是增材制造的内在特性，在阶梯的所有阶段都能获得这些效益。

2.随形冷却

这是一个可以成功应用于模具制造的复杂功能。随形冷却需要根据零件轮廓构建冷却液通道，确保快速均匀的热量传递。通道本身应设计成具有流畅的圆角，可避免冷却液滞留而导致腐蚀，同时确保冷却液能以较小压降顺畅流动。可将多条冷却液通道设计到一个复杂模具中，每条长度相同，确保均匀冷却。最终生产出的模具制造周期短，使用壽命长。

也可将随形冷却功能应用到产品本身，但这需要更改产品设计，在应用阶梯模型中属于最高一级台阶了。

三、第二台阶——直接零件替换

我们在阶梯模型中向上移动一级，来到零件制造阶段，但这仅是对现有零件的复制。这里只有制造工序发生变化，而零件的几何形状并未发生改变。这个阶段可实现增材制造的另外两个功能。

1.近净成型制造

相较于切削式加工方法，增材制造的一个重要特性是，材料浪费非常少。我们要考虑批量生产，那么单位浪费率就变得十分重要。

在航空航天领域，BTF比率（原材料与成品零件之间的重量比值）是衡量加工效率的一个关键指标。在生产过程中，有多少原材料成为了切屑？增材制造是一种“近净成型”工序，尽管通常仍需要一些后处理操作，用于确保成型体成功的必要支撑结构也属于一种材料浪费。增材制造并非完美无瑕，但它带来的优势却极具吸引力，GKN Aerospace就是一个例子。

2.本地化生产

增材制造无需模具，能消除与模具制造相关的高昂固定成本，有助于提高小规模制造企业的经济效益。即使是一家小型企业，也能获得成本竞争优势，同时凭借临近客户的便利性，提供更优质的服务。可借此机会优化现有供应链，或改造现有供应链以提高响应速度。

四、总结

本部分介绍了增材制造应用阶梯模型的前两级台阶的一些基本功能。下一部分将完整介绍阶梯模型的剩余台阶，深入探讨一些更加高级的增材制造特性。