寻找增材制造 “新”应用场景

基于数字化和技术变革的快速步伐，增材制造（AM）的工业化进程已持续了很长一段时间。从它进入铸造、机械加工及其他制造流程的时间，可以认为它已经获得了广泛应用、有效促进了生产发展。增材制造在这种大环境下已存在了30年左右，但当将它与其他更成熟的、用于零件生产的传统制造工艺比较时，其仍处于非常初级的阶段。

在某些生产中，传统工艺比增材制造更有优势，但在另一些条件下，增材制造可以通过为传统的制造工艺（比如注射成型）提供支持助力，赋能更高批量生产。制造商们可以采用增材制造技术优化设计，将产品迅速送到客户手中，同时采用传统制造工艺进行大批量生产。通过跨越原型机和批量制造之间的距离，增材制造技术的主要实现方式——3D打印能为供应商带来重大的价值，即使它在后续阶段或许会被其他工艺取代。

五大更适用增材制造技术的场景

• 具有较复杂几何特性的零件。3D打印可以制造具有复杂内部功能的零件，比如冷却管道，也可以将多个部件集成一个打印出来——此时转用传统工艺，有可能使制造流程更加复杂化。像GE航空公司的燃油喷嘴这样集成了20个部件的组件，与其采用造出各种小部件、然后内部组装的复杂流程，不如采用3D打印。增材制造还有个优势，就是可以采用在其他情况下无法实现应用的新功能材料，比如具有不同刚度和灵活性的3D打印泡沫。

• 个性化和定制。当特定用户对产品的结构或品位提出特定要求时，3D打印可以比传统工艺更快提供特定的组件。增材制造技术对工具安装没有依赖性，所以不需要为了考虑财务成本，生产相同的产品，可以在生产流程上进行特定的打印工序。

• 投资购买传统设备，有可能引发制造壁垒。1万美元以上的注塑模具对许多企业投资者来说，很可能是贵到无法承受的（这还没算上设计和使用模具的成本），但同样的费用至少可以买到几台桌面3D打印机了。而且如果将3D打印塑料零件需求量保持在可控的范围内的话，还可能更经济。

• 小众市场产品不需要超高产量。就像上述情况那样，在有些产品的生产上，永远不会出现需求决定产量的阶段。像手机壳或家用电子产品支架这样的配件很容易过时，还有其他一些产品可能只构成小众市场。在这些情况下，采用增材制造技术按需生产，可以限制库存，更好地匹配市场。

• 本地制造。供应链缺陷，使无需借助工具、通过3D就能打印生产，成为颇具吸引力的一个选项。与其在一个集中的厂房中做大批量生产，不如在不同车间里分别进行少量的3D打印。分开生产，有利于制造商针对3D打印技术可应对的产量以及本地的需求进行生产配置。

汽车制造商对增材制造的青睐

在过去十年，增材制造技术取得了重大进展，被用于许多行业的部件生产，包括受到高度监管的航空航天和医疗行业。其应用的领域不仅局限在生产原型、备件或一次性产品，只要材料满足需求，批量生产零件已变得非常容易。

得益于增材制造更低的成本、更可靠的系统，再加上在供应链上持续存在的瓶颈，汽车行业在金属增材制造的零部件生产上做了大量投资。尽管应用增材制造技术制造数百万个金属部件仍然有难度，但其应用于批量生产的未来似乎已经可以预见。

豪华车和高端车因为有着更高的利润率，愿意尝试新技术，因此增材制造也正在豪华车和高端车市场中寻找突破口。除了汽车OEM厂商，零部件企业也在发力增材制造。马勒与SLM Solutions合作，应用SLM Solutions的系统，并授权OEM和一级供应商，以满足他们在系列生产中对金属增材制造的需求。通过合作，两家公司正在提高汽车零部件原型和系列生产的速度和质量。

据悉，这些部件将由铝和不锈钢合金打印而成，具有显著的弹性和耐腐蚀性能，并且优化了拓扑结构以减少整体重量。对于传统制造方法来说过于复杂的结构，可以很轻松地生产出来，同时仍然遵循汽车行业严格的质量标准。

马勒在斯图加特的战略3D打印中心将通过革新原型生产的步伐，在加强其作为原始设备制造商领先的开发合作伙伴的角色中发挥关键作用。新中心将把生产时间从几个月缩短到几天，从而同时加速向气候中性的移动出行的发展。开发重点将主要集中在来自热管理、机电一体化和电子领域的组件。

在电动汽车电动机绕组方面，3D打印技术展示出了其优势。虽然电动机可能看起来很基本，但内部有很多部分在起作用，包括热力学、结构力学和电磁学，其设计必须紧凑，甚至因为工作空间很小，需要重新设计工程和部件的放置。

传统制造会产生典型的圆线绕组，由于导体、工艺和几何形状必须匹配，因此传统绕组往往受到限制并且难以完美。借助新的3D打印技术绕组的线圈，同时通过Additive Drives创建的新程序和定制的激光熔化系统，能够防止空隙和凹槽不合适的问题，填充凹槽使铜的量增加，电阻更小。因为每根导线都与线圈的所谓叠片铁芯热接触，可变形状也有利于散热，因此没有热点，电动机的输出功率也可最多提升45%。

结语

事实上，利用3D模型数据制造零件给增材制造带来了许多经济效益，其中最大一个因素是“数据就是工具”。 换句话说，工具、固定装置、夹具等的高成本设备也同样应用于其他成形工艺。与减材制造工艺相比，用一层叠一层增加材料的方式制造零件，可以减少废料，防止浪费，能带来额外的经济效益。

简而言之，增材制造正在“成长壮大”，已经在生产车间拥有越来越多的成功案例。但即便技术成熟，增材制造也依然不可能完全取代其他减材、成形工艺。不过，我们要看到的是，在某些零件生产场景中，增材制造是更具优势的。因此，找出这些零件生产场景，对有志于应用增材制造来提高设计效率、降低制造成本的企业来说，是接下来的一项重要挑战。

来源：荣格-《智能制造纵横》

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