金屬3D打印（yìn）擁有的巨（jù）大潛力足以顛（diān）覆傳統的產品設計和製造方式；它有助於推動（dòng）有價值（zhí）的產品創新（xīn），為開創全新業務模式創造（zào）機會。本文將探討增材製造將給市場帶來哪些實（shí）質性的（de）變化，以及企業應采取何種措施來（lái）引領這場製造技（jì）術的革命。
  
      上一篇介（jiè）紹了增（zēng）材（cái）製造應用（yòng）的階梯模型的前兩級台階，在本文中，將繼續介紹更上方的兩級台（tái）階。
    
      台階（jiē）2-零件集成
  
     這是開始改變產品設計的第一步，以便充分利用增材製造能夠加工複雜形狀（zhuàng）的特（tè）性。在這種情況下，希望通過將多個零件集成到單一且完整的（de）加工（gōng）件中，精簡產品中的（de）零件數量。這一級台階，有三個增材製造功能可發揮作用：
  
     a.多特（tè）征部件
  
     增材製造（zào）允許為部件設（shè）計細節特征，然後隻需一次（cì）操作便可完成加工，無需額外的流程步驟。可消除工（gōng）藝的複雜性，轉而將其注入到零件中。
  
     將多個加工步驟合並為單一的增材製造操作，自動加工出的單一加工件便可替代複雜（zá）的裝（zhuāng）配流程，降低（dī）模具成本、縮（suō）短（duǎn）總加工時間以及縮短交貨時間等。
 
     
  
     b.消（xiāo）除結合點
  
     在產品設計中，對傳統製造（zào）過程無法一次完成的複雜形狀（zhuàng），需加入接合點。接合點是指配對特征（zhēng）、緊固件（jiàn）、插頭、墊片和密封圈等（děng）。它們會增加產品的零件數量（liàng）、重量、加工和裝配時間，也會（huì）導致產品結（jié）構中出現薄弱環節，各部件之間匹配不佳，埋下故障和性能（néng）隱患。因此（cǐ）最好避免接合點！
  
     增材製造可（kě）在一次操作中加（jiā）工出複雜形狀 — 例如下（xià）圖所示的扭曲（qǔ）狀波導（dǎo）管，有助於節省裝配成本，提高長期使用效益。
  
     
  
     c.連環結構
  
     可在一次（cì）增材製造過程中生（shēng）產（chǎn）具有連環結構的部件（jiàn），無需進一步（bù）裝配操作。如此可製造（zào）出外觀整潔、極具吸（xī）引力的多（duō）功能零件。
  
     
  
     台階3—DfAM優化
  
     到達階梯頂部（bù）可利用最為高級的增材製造功能。運用增材製造專用設計 (DfAM) 原理，充分利用其（qí）帶來（lái）的設計自由，獲得創新、定製的解決方案。
  
     a. 空心/多孔結（jié）構
  
    傳統方法生產的許多零件（jiàn）為實（shí）心結構（gòu），盡管空心結構的強度並不遜色，但傳統加工方法費時費力，成本昂貴。增材製造通過單一加工過程輕鬆加工出空心結構，材料使用（yòng）少、加工時間（jiān）短。例如網狀結構在保持強度（dù）的同時，重量（liàng）減（jiǎn）輕50%。
  
     
  
     b. 拓撲優化
  
    拓撲優化也（yě）可減輕（qīng）零件重量，原理是定義相鄰結構的接觸麵及其所承受的載荷。考慮這些載荷對材料（liào）產生的應力，並去除應力最小區域中的（de）材料，隻保留能以最有（yǒu）效（xiào）方式傳輸指定載荷的區域中的材（cái）料。
  
     以下為空間探測設備使用的一支架（jià），其重量是極為關鍵的因素。通過拓撲優化，支架變為空心結構 —“命（mìng）運之手指”—重（chóng）量減少了三分之一，設計和生（shēng）產時間也大大縮短。
  
     
  
     c. 增（zēng）強美觀性
  
     增材製造技術讓我們能隨心所欲地設計各種不尋常的天然形狀，生產出創新且富有吸引力（lì）的產品，例如珠（zhū）寶。
  
     
  
     d. 增加表麵積
  
     承載接觸麵（miàn）需較大的表麵積，以確保良（liáng）好的附著性。骨（gǔ）科植入體尤其如（rú）此，醫生希望提高金屬植入體（tǐ）和鄰近（jìn）骨（gǔ）骼間的相容性，確保二者穩（wěn）固（gù）接合，盡量防止出（chū）現“應力遮擋效應”，避免後續手術修複治療。大麵積接觸表麵（miàn），還有利於提高金屬與複合材料之間的接合強度。
   
     
    
     e. 提高傳熱性
  
     設計新型熱交換器是增材製（zhì）造技（jì）術的（de）一個重要應用。為最大限度提高（gāo）一種液體與另一種之間的換熱效率，熱交換器內部應具有大量複雜的微型薄壁管道和二次表麵。增材製造能經濟高效地加工出內外部細節特征，產品性能（néng）更高，重量更輕。對賽車、公路車輛及綠色能源產品設（shè）計具有明（míng）顯優勢。
  
     

     f. 高強度合金
  
    某些合金材料具有理想（xiǎng）的熱屬性和機械屬性，但加工難度大，實際應用受到限製。增材製造本質（zhì）是熔接（jiē）過（guò）程，隻要能將合金“霧化”為（wéi）粉（fěn）末，就可使用激光技術加工材料（liào）。
      
     
  
    g. 微型結構材料
  
    增（zēng）材製造可（kě）加工出精細的網狀結構，為生產具有特定屬性的金屬“泡（pào）沫”創（chuàng）造了機會。此類微型結（jié）構材料經過設計可（kě）具有（yǒu）各向異性的屬性 — 例（lì）如不同平麵具有（yǒu）不（bú）同（tóng）的（de）剛性和導熱性（xìng）。標準和定製的微型結構材料為生（shēng）產輕質、高性能產品開啟新的機遇（yù）。
  
     
   
    h. 按照物（wù）料（liào）清單進行生（shēng）產
  
    增材（cái）製造（zào）無需刀具，模具，可將不同產品組件的製（zhì）造過程集成到單一的加（jiā）工工序中，一次性製造所有主要組件，對其進行後處（chù）理（lǐ）並完成組裝（zhuāng）。有助於簡化生產調度、減少庫存。還可有選擇地將其與本（běn）地化生產，大規模定製相結合
  
    我們為（wéi）全球第一輛3D打印山地自行車製造的車架（jià）就是（shì）個應（yīng）用典（diǎn）範。

     
  
     i. 大規模定製（zhì）
  
     隻要有想要製造零件的CAD模型，無論是製造與之前完（wán）全相同（tóng）的零件，或有稍許差異，使用增材製造在成本和加工時間方麵幾乎沒有差（chà）別，能以經濟實惠（huì）的方式生（shēng）產定製零件。雷尼紹的種植牙業務每天要根據不同口腔技工所的設計文件，製造形狀各異的修複體。這些修複（fù）體可在一次加工過程（chéng）中完成，降低成本。
  
     
  
     定製化零件能更好適應其應用環境，安裝更簡便、使（shǐ）用效（xiào）果更（gèng）好，從而能提供更高價值的服務。當定製化生產（chǎn）與增材製造的其他特點相結合，便擁有了顛（diān）覆傳統大規模生產模式的（de）力量。

     希望這篇文章可幫助（zhù）您分析增材製造將對市場產（chǎn）生的（de）深遠影響，並思考您應如何應對以便引領行業變革。
  

     了解詳細（xì）產品信息，請訪問雷尼紹網站： www.renishaw.com.cn