三维打印技术如何改变制造业

如果您是中小型制造商，您肯定听说过3D打印，也称为增材制造 (AM)。增材制造被誉为制造业的最新技术革命，能够制造从自行车座椅到火箭推进器的所有产品，并承诺让所有类型的零件和产品更快、更便宜、更轻、更可持续。3D 打印可实现任何其他技术无法实现的零件形状和设计，并使用从日常金属和塑料到独特的聚合物复合材料甚至人体组织的材料。

也许您已经了解过增材制造的神奇之处，也想试一试增材制造技术，从而为企业带来新发展，那么您现在的问题就是：该如何开始使用增材制造？根据3D制造行业的一些思想领袖和3D打印机制造商分享的案例和建议，将在现有制造业务中添加3D打印技术的方法分为了以下五步。第 1 步：寻找增材制造“拥护者”

△Carbon树脂3D打印机（来源：Carbon）一旦您的组织内有增材制造倡导者带头，您就可以开始探索您的增材制造技术了，并制定战略将其应用于您公司的顶级项目中。这是关键的一步，3D打印机制造商Carbon的首席营收官Debbra Rogers 说。“倡议所有者或领导者必须以某种方式使增材制造与公司的最高目标保持一致。我们发现，当增材制造成为一个特殊的副项目或脱离公司整体战略时，当领导者无法获得支持时，它就起不到任何作用。”3D 打印是实现广泛公司目标的关键推动力，尤其是在中小型制造商中。使用 3D 打印实现的其他公司目标包括：●通过快速原型设计更快地将新产品推向市场●通过在本地生产零件来减少供应链危机●比海外更快、更便宜地生产零件●通过 3D 按需打印能力消除零件库存●通过将大型组件整合到更少的零件中来优化产品性能事实上，制造公司无法完全通过3D打印实现或推进的目标。Schulte指出：“对于希望采用增材制造的公司，我最好的建议是出于正确的原因去做。我已经看到了各种错误原因的应用，包括拥有最新和最伟大的时尚技术，无论它被使用还是没有被使用，将附加解决方案应用于单一的业务挑战然后放弃它，甚至作为招聘工具，都是不可取的。所以一定要寻找增材制造可以解决的挑战和问题，并找到增材制造提升整体业务流程的方法。”专家一致认为，由于错误的原因采用增材制造，在没有公司所有者全力支持的情况下推出增材制造，或者在没有成功的路线图就建立起来增材制造业务是没有任何作用的，而且还会对公司原来的生产模式造成影响。这并不是说增材制造技术旨在取代传统制造技术，大多数制造商同时使用增材制造和传统制造技术。如果实施得当，增材制造实际上会带来积极的变革。第 3 步：确定想要3D打印的部件

△金属 3D 打印铰链（来源：Desktop Metal）行业专家一致认为，制造商在采用增材制造时可能犯的最严重错误就是用它来制造他们目前正在制造的完全相同的产品。3D 打印机制造商Desktop Metal的联合创始人兼首席技术官 Jonah Myerberg 说：“不要只看你现在在机械车间或铸造车间制造的零件，然后问‘我可以打印它们吗？’你需要看看零件的应用，然后问‘我应该3D打印这个零件还是应该改进这个零件？’”增材制造使制造商能够重新设计更轻、更强、更好的零件和产品。多个部件可以合并为一个 3D 打印部件，从而消除组装劳动并提高效率。增材制造的核心是一个数字化过程，从零件的数字化设计开始。工程师必须在开始设计之前弄清楚他们将如何制造零件，尽管增材制造是一种新的制造工艺，而不是我们在学校都学过的，但学习它与学习任何其他制造工艺没有什么不同。一旦公司了解了3D打印的应用，发现如果增材制造十分有意义，他们就可以将设计转向增材制造，如果发现相比之下传统制造方法更合适，他们可以不适用增材制造。查看公司现在生产的产品，并辨别是否可以更好地重新设计和3D打印的产品并非易事。进行这一步骤可能需要比您的增材制造拥护者所具有的知识更多。这就是为什么行业顾问、应用工程师和3D打印服务提供商随时准备提供帮助的原因。Schmidt-Lehr 说：“制造商应该进行调查，3D打印能否增加最高价值。在许多情况下，对于小型制造商而言，与其一开始就瞄准最终用途产品，夹具、工具和固定装置领域可能是更好的选择。”

△数字零件仓库存储 3D 可打印零件，节省空间和成本（来源：Ultimaker）软件解决方案（例如SpareParts3D或 materialise 的3D 打印气压计）开始出现，可以分析您现有的数字零件库存并确定哪些零件适合3D打印，哪些不适合。然而，大多数情况下，外部专家会带领您深入了解您制造的零件或产品（无论是您销售的最终用途产品、您使用的工具或模具，还是备件），从而通过3D打印进行改进。巴恩斯全球顾问公司 (TBGA) 的常务董事、行业顾问Barnes和他的增材制造资深团队现在通过多种工具为各种公司提供咨询和指导，帮助他们实现增材制造的工业化采用之旅。Barnes Advisors成熟度模型可帮助公司了解采用和实施增材制造可能需要多长时间以及采用的每个阶段需要什么。然后是带领公司了解不同类型的3D打印以及哪种最能解决的问题。最后是准备模型，该模型基于公司的机器、材料、数字能力和人员，以查看他们的资源中是否存在任何会破坏和成功启动计划的漏洞。Barnes 说：“增材制造通常做得最好的方式是所有内部利益相关者都在某个基本层面上理解它。否则，它只是一个工程师推上坡的过程，很费力。”成熟3D打印产品包括：●独一无二的零件、工具和产品●需要特定定制以满足每个客户要求的零件●单个或小批量备件●用于测试的零件或产品原型和功能原型第 4 步：外包增材制造

△数字制造公司 Fast Radius 提供设计和工程服务以及 3D 打印（来源：Fast Radius）Schmidt-Lehr 说：“小型制造商在投资打印机之前应始终与增材制造服务机构合作，这可以有机会尝试不同的技术和材料。打印厂、合同制造商或服务机构的使用为采用新技术铺平了道路。“Schulte 说：“寻找在增材制造方面拥有丰富经验以及在设计这些工艺方面具有高水平技能的服务机构。有些人会将设计咨询作为付费服务提供，虽然这确实意味着更多的前期成本，但真正的价值在于丰富经验以及缩短最终产品的整体交付周期。这种方法可以加速从传统制造向增材制造的过渡。”如果您已经拥有内部工程专业知识，则3D打印咨询可以帮助指导您最终选择购买哪些3D打印系统以及哪些材料，从而保证您所需的质量和性能。在证明使用增材部件的同时建立业务案例有助于为管理层投资增材解决方案提供信心。即使在您采用增材制造作为内部解决方案之后，当需求激增或在需要增加内部容量之前进行扩展时，您仍然可能会转向合同打印。3D打印市场，例如Craftcloud，使您能够从一系列增材制造商那里收到有关您的零件的报价。外包增材制造在美国和欧洲是一个蓬勃发展的市场，每年都有数十家新公司进入市场。一些专注于材料或技术，而另一些则专注于特定行业，例如航空航天或医疗保健，但大多数正在成为3D打印通才，提供广泛的技术、材料和设计服务。Myerberg 说：“3D 打印服务提供商在推动采用增材制造方面的作用非常重要，这些是专家和高级用户，但无论您是使用服务提供商还是将其带入内部都与您的最终目标有关：您是要设计增材制造并消费它，还是要真正接受它并且作为您业务的一部分，推动它向前发展。”如果您公司的核心业务与生产零件或产品无关，那么外包3D打印可能具有最佳商业意义。糖果厂是一个很好的例子，它具有设计工厂车间所需的定制工具或夹具的工程技能，但零件本身的制造可能更适用于服务，这种情况会随着零件数量的增加而改变。Myerber 指出：“我们与许多购买3D打印机并学习如何设计和优化它们的大型汽车公司一起经历了这个周期，但从长远来看，福特将自己打印自己的零件? 很可能，他们会将其推向他们的一级、二级或三级制造商。福特等公司的工程师学习技术、材料的细微差别并真正了解工艺和成本仍然至关重要，因为这会反馈到他们的设计考虑中。最好的零件设计师是实际操作3D打印机的人。”第 5 步：提升您的增材制造技能

△Desktop Metal Studio 系统的设计易于使用，但增材制造概念的基础将产生更好的零件（来源：Desktop Metal）即使在您的增材制造拥护者、顾问和打印机制造商的指导下，向您的业务迁移（或添加）新的制造技术最终仍需要内部设计、工程和生产方面的专业知识。您的员工将需要操作 3D 打印机以及后处理和质量保证设备。他们需要了解增材制造专用材料，并掌握市场上快速发展的技术和新型打印机。3D 打印机制造商提供一系列针对公司的培训和一般培训，并且正在推出针对个人打印机的认证计划。设备经销商提供培训，更多大学提供增材制造硕士学位课程和认证。例如，TBGA 提供普渡大学的增材制造证书课程，该课程完全在线。正是在制造业的这个关键时刻——增材制造技术已经足够成熟，可以在广泛的行业中产生重大影响，但对于可以从中受益最多的大量企业来说仍然有些不明朗的时刻下，拜登政府与之合作与增材制造 行业领导者在美国启动 AM Forward 计划。AM Forward 旨在启动对中小型制造商采用增材制造的初步调查。这无疑为管理层投资增材制造提供了另一个推动力，这使工程师能够进行进一步调查，并将为公司带来更多机会。AM Forward 的目标是让制造业确信 3D 打印是一种成熟、可行的解决方案，并减轻采用新技术和重新设计业务计划带来的一些压力。采用3D打印机的先进技术援助将来自能源部位于橡树岭国家实验室的制造示范设施，制造商可以在那里测试新的增材制造技术。小企业管理局将与AM Forward的参与者合作提供资金支持，以支持在美国工业中广泛部署新的增材制造能力。这些只是该计划中包含的两个支持计划，政府希望这将使更多的本地公司能够在没有外国投资的情况下在美国生产自己的产品。