金屬3D打印擁有的巨大潛力足以顛覆傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造方式；它有助于推動(dòng)有價(jià)值的產(chǎn)品創(chuàng)新，為開創(chuàng)全新業(yè)務(wù)模式創(chuàng)造機(jī)會(huì)。本文將探討增材制造將給市場(chǎng)帶來哪些實(shí)質(zhì)性的變化禽制，以及企業(yè)應(yīng)采取何種措施來引領(lǐng)這場(chǎng)制造技術(shù)的革命。

上一篇介紹了增材制造應(yīng)用的階梯模型的前兩級(jí)臺(tái)階陨否，在本文中膜却，將繼續(xù)介紹更上方的兩級(jí)臺(tái)階。

臺(tái)階2-零件集成

這是開始改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步殃通，以便充分利用增材制造能夠加工復(fù)雜形狀的特性攘默。在這種情況下，希望通過將多個(gè)零件集成到單一且完整的加工件中陋气，精簡(jiǎn)產(chǎn)品中的零件數(shù)量劳吠。這一級(jí)臺(tái)階，有三個(gè)增材制造功能可發(fā)揮作用：

a.多特征部件

增材制造允許為部件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)特征巩趁，然后只需一次操作便可完成加工痒玩，無需額外的流程步驟∫槲浚可消除工藝的復(fù)雜性蠢古，轉(zhuǎn)而將其注入到零件中。

將多個(gè)加工步驟合并為單一的增材制造操作别凹，自動(dòng)加工出的單一加工件便可替代復(fù)雜的裝配流程草讶，降低模具成本、縮短總加工時(shí)間以及縮短交貨時(shí)間等炉菲。

b.消除結(jié)合點(diǎn)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中堕战，對(duì)傳統(tǒng)制造過程無法一次完成的復(fù)雜形狀，需加入接合點(diǎn)拍霜。接合點(diǎn)是指配對(duì)特征嘱丢、緊固件、插頭祠饺、墊片和密封圈等腔益。它們會(huì)增加產(chǎn)品的零件數(shù)量、重量络峦、加工和裝配時(shí)間舰打，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，各部件之間匹配不佳蒋巡，埋下故障和性能隱患凫荡。因此最好避免接合點(diǎn)可剪！

增材制造可在一次操作中加工出復(fù)雜形狀 — 例如下圖所示的扭曲狀波導(dǎo)管，有助于節(jié)省裝配成本功抠，提高長(zhǎng)期使用效益弄袜。

c.連環(huán)結(jié)構(gòu)

可在一次增材制造過程中生產(chǎn)具有連環(huán)結(jié)構(gòu)的部件，無需進(jìn)一步裝配操作汛滩。如此可制造出外觀整潔、極具吸引力的多功能零件俱挨。

臺(tái)階3—DfAM優(yōu)化

到達(dá)階梯頂部可利用最為高級(jí)的增材制造功能函绊。運(yùn)用增材制造專用設(shè)計(jì) (DfAM) 原理，充分利用其帶來的設(shè)計(jì)自由漓拾，獲得創(chuàng)新阁最、定制的解決方案。

a. 空心/多孔結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的許多零件為實(shí)心結(jié)構(gòu)骇两，盡管空心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度并不遜色速种，但傳統(tǒng)加工方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本昂貴低千。增材制造通過單一加工過程輕松加工出空心結(jié)構(gòu)配阵，材料使用少、加工時(shí)間短示血。例如網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在保持強(qiáng)度的同時(shí)棋傍，重量減輕50%。

b. 拓?fù)鋬?yōu)化

拓?fù)鋬?yōu)化也可減輕零件重量难审，原理是定義相鄰結(jié)構(gòu)的接觸面及其所承受的載荷瘫拣。考慮這些載荷對(duì)材料產(chǎn)生的應(yīng)力告喊，并去除應(yīng)力最小區(qū)域中的材料麸拄，只保留能以最有效方式傳輸指定載荷的區(qū)域中的材料。

以下為空間探測(cè)設(shè)備使用的一支架惯慎，其重量是極為關(guān)鍵的因素颤皆。通過拓?fù)鋬?yōu)化，支架變?yōu)榭招慕Y(jié)構(gòu) —“命運(yùn)之手指”—重量減少了三分之一庭训，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)間也大大縮短磺伍。

c. 增強(qiáng)美觀性

增材制造技術(shù)讓我們能隨心所欲地設(shè)計(jì)各種不尋常的天然形狀，生產(chǎn)出創(chuàng)新且富有吸引力的產(chǎn)品恰日，例如珠寶或缘。

d. 增加表面積

承載接觸面需較大的表面積，以確保良好的附著性姐淫。骨科植入體尤其如此般迈，醫(yī)生希望提高金屬植入體和鄰近骨骼間的相容性乳环，確保二者穩(wěn)固接合，盡量防止出現(xiàn)“應(yīng)力遮擋效應(yīng)”恋赎，避免后續(xù)手術(shù)修復(fù)治療倘回。大面積接觸表面，還有利于提高金屬與復(fù)合材料之間的接合強(qiáng)度疾浓。

e. 提高傳熱性

設(shè)計(jì)新型熱交換器是增材制造技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用音瓷。為最大限度提高一種液體與另一種之間的換熱效率，熱交換器內(nèi)部應(yīng)具有大量復(fù)雜的微型薄壁管道和二次表面夹抗。增材制造能經(jīng)濟(jì)高效地加工出內(nèi)外部細(xì)節(jié)特征绳慎，產(chǎn)品性能更高芬吸，重量更輕洛续。對(duì)賽車、公路車輛及綠色能源產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有明顯優(yōu)勢(shì)驼仪。

f. 高強(qiáng)度合金

某些合金材料具有理想的熱屬性和機(jī)械屬性已脓，但加工難度大珊楼，實(shí)際應(yīng)用受到限制。增材制造本質(zhì)是熔接過程度液，只要能將合金“霧化”為粉末厕宗，就可使用激光技術(shù)加工材料。

g. 微型結(jié)構(gòu)材料

增材制造可加工出精細(xì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)堕担，為生產(chǎn)具有特定屬性的金屬“泡沫”創(chuàng)造了機(jī)會(huì)媳瞪。此類微型結(jié)構(gòu)材料經(jīng)過設(shè)計(jì)可具有各向異性的屬性 — 例如不同平面具有不同的剛性和導(dǎo)熱性。標(biāo)準(zhǔn)和定制的微型結(jié)構(gòu)材料為生產(chǎn)輕質(zhì)照宝、高性能產(chǎn)品開啟新的機(jī)遇蛇受。

h. 按照物料清單進(jìn)行生產(chǎn)

增材制造無需刀具，模具巫顽，可將不同產(chǎn)品組件的制造過程集成到單一的加工工序中菱脯，一次性制造所有主要組件，對(duì)其進(jìn)行后處理并完成組裝菲痹。有助于簡(jiǎn)化生產(chǎn)調(diào)度湘秀、減少庫存。還可有選擇地將其與本地化生產(chǎn)编毒，大規(guī)模定制相結(jié)合

我們?yōu)槿虻谝惠v3D打印山地自行車制造的車架就是個(gè)應(yīng)用典范军含。

i. 大規(guī)模定制

只要有想要制造零件的CAD模型，無論是制造與之前完全相同的零件歹簸，或有稍許差異孩砸，使用增材制造在成本和加工時(shí)間方面幾乎沒有差別，能以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式生產(chǎn)定制零件。雷尼紹的種植牙業(yè)務(wù)每天要根據(jù)不同口腔技工所的設(shè)計(jì)文件贸掰，制 造形狀各異的修復(fù)體丁傲。這些修復(fù)體可在一次加工過程中完成，降低成本审胚。

定制化零件能更好適應(yīng)其應(yīng)用環(huán)境匈勋，安裝更簡(jiǎn)便、使用效果更好膳叨，從而能提供更高價(jià)值的服務(wù)洽洁。當(dāng)定制化生產(chǎn)與增材制造的其他特點(diǎn)相結(jié)合，便擁有了顛覆傳統(tǒng)大規(guī)模生產(chǎn)模式的力量菲嘴。

希望這篇文章可幫助您分析增材制造將對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響诡挂，并思考您應(yīng)如何應(yīng)對(duì)以便引領(lǐng)行業(yè)變革。

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