金属增材制造的4个台阶，我们在哪里？
“ 虽然Canada Makes不象America Makes在增材制造业界声名赫赫，然而其专业程度也不是一般。Canada Makes针对当前增材制造业的市场情况发布了金属增材制造指南，该指南为增材制造行业指点迷津，划清方向，可以说是一个不可多得的指导神器。一起看看Canada Makes为金属增材制造划分的台阶案例。3D科学谷一起带您通过快速原型及模具、备品备件、零件整合、多功能精密部件4个台阶的大量案例阐述增材制造的迷人价值”
图片来源：Canada Makes
Level 0:快速原型及模具
Prototype and Tooling
案例：航空航天原型
Prototype Aero
金属增材制造受尺寸的限制，大的航空航天组件无法实现一次性的增材制造生产，可以将组件分成多个部分。例如，图中花瓣形状的壳体每个“花瓣”单独打印，那么就可以组装成一个更大直径的组件。
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案例：新产品原型
Prototype New Product
新的产品进入到市场的时候面临着种种壁垒和进入市场的障碍。需要不断地测试创新设计，但如果通过传统开模的方式生产产品的原型成本是十分昂贵的，并且开发周期很长。增材制造为这样的原型开辟了一条生产的捷径。
案例：随冷模具
Tooling
模具温度直接影响着注塑制品的质量和生产效率,随形冷却是复杂模具设计的首选方式，如果冷却水路距模具表面较近，则模具中积累的热量就会大大减少，且热量被限制在冷却水道与模具表面之间的区域。图中是52-54HRC硬度的马氏铁，贴合壁面的随形水路设计，具有传统水路无法比拟的冷却效果，提高生产效率。分布均衡的随形水路设计，提供出众的冷却一致性，保证最终产品均匀冷却，提高产品质量。
图片来源：Canada Makes
案例：模具
Tooling
复杂杆定位器的零件虽然可以通过传统方式加工出来，但需要的焊接和组装也会是非常复杂的，复杂性就意味着增材制造或许更具优势，且速度更快，并在一次性模具的制造方面具成本效益。
图片来源：Canada Makes
案例：夹具
Fixturing
在一个快速的生产环境中，需要检查铸件的铸造工艺。通过增材制造技术制造铸件的固定夹具，其定位和夹紧部分完全实现定制化。
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Level 1:备品备件
Replacement Parts
案例：连接件
Engine Fittings
通常对于不是非常关键的零部件，当出现故障需要更换的时候，当这些零部件又不是大众品，没有众多的库存可以选择，可以考虑通过增材制造的方式来替换，速度快且单件成本低。
3D科学谷认为当然目前还没有形成一个全新的通过增材制造来完善备品备件体系的供应链，然而波音公司已经申请专利。通过其零件模型的数据库来管理这些零件的“虚拟库存”，当这些零件出现问题需要替换时，数据库会将该零件的模型发送到3D打印机将其制作出来。当然，目前波音在役的零部件以塑料件为主。
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案例：结构件
Structures
航空航天行业都知道，在结构件的加工时，传统工艺需要达到高达70％～90％的大余量材料切除，这对于昂贵的材料来说造成了巨大的浪费。GKN航空公司的一项计算直观的体现了结构件节约的金属材料。0.77kg的结构件通过传统方式加工出来以4.85kg的立方体为例，需要去除4.08kg的铁屑。通过增材制造的方式加工出来则需要1.08kg的粉末，当然加工出来后还需要通过传统方式进行表面的精加工，这样在此基础上去除0.31kg的金属。相比于4.08kg的浪费，0.31kg的浪费仅占原来不到10％的浪费。
案例：医疗
Medical
传统的机床要加工医学上用的小件产品就需要直径非常小的刀具，这些小的刀具由于刚性不强每次的切除量非常轻，加工时间通常很长，并且刀具的寿命通常短且带来不确定的表面精度。增材制造可以制造十分精致的产品，在医疗和牙科领域具有明显的优势。
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案例：植入物
Implant Case Study
Mirco-CT: 通过GE的Locus Ultra微CT扫描可以得到154um的分辨率，这些图片可以用来生成骨头和植入物的3D网格模型。3D打印技术通过精确控制横断面轮廓，有效实现外在轮廓及内部结构的同步重建，因此能充分满足植入物与患者局部解剖结构的高度匹配。配合上前、后处理可进一步缩短等待时间。3D科学谷认为个体化植入物的制造也可以避免长时间的等待，制造成本也随之下降。
图片来源：Canada Makes
Level 2 零件整合
Part Consolidation
案例：散热器
Heat Exchanger
传统的散热器需要很多部件组成，通过增材制造的方式可以将这些部件整合在一起一次完成，不但减少了供应商数量，减少了物流流程及工人组装的要求，而且因为不需要焊接和组装从而提升了部件的稳定性及效率。
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案例：空间通信
Waveguide
空间通信的微波设备需要尽可能地轻，因为发射成本约1000美金每公斤。传统的组件使用减材方法（包括电火花加工）来制造，对于复杂的部件就需要众多的零件来组成，还有后续通过螺丝钉组装等过程，螺丝钉本身也增加重量。增材制造提供了产生复杂的内部通道的解决途径，拓扑优化和有限元仿真将增材制造部件的功能性和复杂性达到很好的平衡。
案例：自行车
Bicycle
自行车的机构件可以很好的展示增材制造在零件整合方面的优势，该案例将原来的2.1kg的零件组合通过增材制造的方式将重量减轻至1.4kg。并且除了重量的减轻，整体性能也得到了提升。
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案例：歧管
Manifold
增材制造尤其适合制造那些带有复杂的内部通道的产品。案例中的液压歧管不仅将多个零件整合成一个部件，还提升了低压流体性能表现，并带来更好的热流体性能。
图片来源：Canada Makes
Level 3 多功能精密部件
Multiple Performance Benefits
案例：GE喷油嘴
GE Fuel Nozzle
GE通过长达10多年的探索将其喷油嘴的设计通过不断的优化、测试、再优化，将喷油嘴的零件数量从20多个减少一个，通过增材制造的方法不仅改善了喷油嘴容易过热和积碳的问题，还将喷油嘴的使用寿命提高了5倍, 并且将提高LEAP发动机的性能。3D科学谷认为这将增材制造的作用提到了一个新的里程碑，不再局限于是便宜还是快的讨论层面，而是整体性能和经济效益的极大提升。
图片来源：Canada Makes
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