金属增材制造的价值台阶
3D科学谷在与工程机械、汽车行业以及航空航天行业制造业的交流中看到，不少企业对3D打印技术抱有畏惧的心态，以为这项技术要颠覆制造业了。
这恐怕一方面的原因来自于媒体的消息满天飞，给人一种3D打印似乎无所不能的感觉。而经常是仅仅因为通过3D打印出发动机的某一个小零件，消息面被放大成3D打印出来整个发动机甚至是整个汽车。
3D科学谷认为对于3D打印技术，畏惧心态不可取，反而是需要积极看待的眼光，挖掘3D打印技术与现存生产方式的互补和并存机会。
本期，3D科学谷与谷友分享增材制造尤其是金属增材制造的价值台阶，找一找哪个环节能嵌入到现有的生产模式中去。
图片来源：3D科学谷
金属增材制造的好处可以从两个方向来理解-一个是生产效益，另一个是综合效益。生产效益专注于制造过程，包括减少材料消耗，缩短交货时间，最小的模具成本，降低装配成本和自动化的影响。而综合效益是指在使用通过增材制造出来的产品的过程中，来自如减轻重量带来的燃油效益，更高的性能和可靠性，更长的寿命收益，更快的新产品推出，市场相应速度，减少库存以及更好的适应性和更具吸引力的产品附加值等等。
而通常在谈到增材制造的时候，不论是制造业还是增材制造行业本身都容易过于关注生产效益，而忽略了综合效益。而增材制造的价值台阶：原型与模具，备品备件，复杂零件，创新产品，在不同的台阶中生产效益的价值或许相似，然而综合效益的价值却是随着台阶的升高而越来越大。
图片来源：3D科学谷
台阶一
原型与模具
按照3D科学谷所列出的如上两个思路，我们来看一下基础台阶：原型与模具中价值的流动情况。
通过3D打印制造原型也帮助降低投资风险，无模具的原型制造减少了机加工和刀具冷却液的消耗是典型的低成本方法，增材制造价值的体现主要在生产效益层面。
然而，当你通过3D打印用于制造具有成本效益的复杂模具的时候，如随形冷却模具。在这个层次的生产效益的考量因素是低的，因为模具的质量直接决定了注塑生产效率，并决定由模具制造出来的最终产品的质量，从而决定产品附加值，所以如何在最小周期时间内，高效冷却塑料产品成为随形冷却模具的设计与制造过程中关键的考量因素，而增材制造的随形冷却极大地优化了冷却效果，提高了模具寿命，提高了最终产品的质量。在这里，增材制造价值的体现主要在综合效益层面上。
台阶二
零件替换
备品备件的生产效益与原型生产类似，由于是小批量，免机加工模具，通过增材制造技术使得交货期和制造成本都具有经济效益。
综合效益层面上，拿航空航天领域来说，将来增材制造方式可以显著改变目前航空零部件的库存状态。把设计图纸输入到打印机就可以快速制造出零部件将大大降低航空零部件的库存。而波音就曾申请3D打印技术专利保护，通过3D打印实现备品备件的供应。
并且商用飞机的使用寿命在30年，而要维护和保养飞机的原制造设备是非常昂贵的。更多的时候是对于旧的机型，原有的生产设备可能已经报废了，而其生产出来的零件还在天上服役。根据空客，通过增材制造技术，测试和替换零部件可以在2周内完成，这些零件可以被快速运到需要维修的飞机所在地，省时省力的帮助飞机重新起飞。
另外，增材制造还使得不再需要保有大量的零部件以防飞机有维修需求，原来抱有这些大量的零部件只是为了以防万一原来的零件发生故障需要替换，而这种方法也是十分昂贵和浪费资源的。这些都是增材制造体现出来的综合效益。
台阶三
复杂零件
减少组装是增材制造生产效益的典型体现。拿传统的散热器来说，原来需要很多部件组成，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，并且不需要焊接和组装从而提升了部件的稳定性及效率，这其中也体现了增材制造带来的综合效益。
台阶四
创新零件
创新零件是通过拓扑优化将产品重新定义。典型的例子是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。综合效益方面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。
另外一个例子是Altair的solidThinking Inspire, Click2Cast与HBM nCode、Voxeljet合作，为模具生产带来了极其可观的性能提升，并为小批量生产甚至是规模化生产打开了潜力之门。通过对铝合金组件（轮架）造型的重构，与原来设计相比，重量几乎一样，但其性能却有显著提升：在同样的载荷工况下，刚度提升了3-5倍。
而空客的仿生学结构机舱也颠覆了传统机舱的生产方法和力学性能。这种名为Scalmalloy的零件的串行生产对减少钛金属的浪费将起重要的作用。
甚至连我们习以为常的航空安全带锁扣，在3D科学谷之前介绍的案例中最后完成的钛合金材质锁扣，重量为70克，与传统的重量为155克的锁扣相比，重量减轻了85克。一架空客A380一共的座位数量在853个，全部加起来锁扣减重72.5公斤。而对于大型飞机来说，1公斤的减重将为其服役期节约45,000升的燃油，那么这些锁扣节约的燃油在330万升，大约价值16.5万欧元。
这些综合效益虽然看不到，不如生产效益来得直观，但却对改善人类利用资源的能力起着不容忽视的作用。
不管是传统行业引进增材制造技术，还是增材制造行业要延伸本身的技术和服务水平，都可以按照3D科学谷的增材制造价值台阶结合自身的资源和优势先进行战略上的布局。
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