3D打印在制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)多功能、低重量、低成本的六個(gè)因素

隨著時(shí)間的推移，3D打印（又名增材制造）的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了制作原型?，F(xiàn)在，該技術(shù)已經(jīng)在制造業(yè)中占據(jù)了一席之地，如：

由洛克希德馬丁公司和美國(guó)宇航局建造的朱諾太空船目前正在木星軌道上完成其任務(wù)，攜帶了十三個(gè)3D打印的波導(dǎo)支架。

Activated Research Co.使用3D打印技術(shù)為其Polyarc氣相色譜催化微反應(yīng)器開發(fā)新設(shè)計(jì)，僅需15個(gè)月即可投入市場(chǎng)。

雷神公司將3D打印用于制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、鰭片和導(dǎo)彈的控制部件，制作時(shí)間僅需幾小時(shí)而不是幾天。

據(jù)報(bào)道，波音在2016年創(chuàng)造了迄今為止最大的3D打印產(chǎn)品，即一種用于制造777飛機(jī)的夾具，創(chuàng)造了世界紀(jì)錄，據(jù)報(bào)道其制造時(shí)間縮短了數(shù)周。

在這些情況下，結(jié)果包括更多的功能、更低的重量和更低的制造成本，而且這三種都是常見的。以下六個(gè)因素使這些好處成為可能：

1.優(yōu)化設(shè)計(jì)

精心設(shè)計(jì)的3D打印部件遵循許多與注塑成型相同的規(guī)則。這些包括：在相鄰表面之間使用漸變過渡。消除橫截面和零件體積的巨大差異。避免經(jīng)常在成品工件上產(chǎn)生殘余應(yīng)力的尖角。注意薄的無支撐壁不會(huì)打印得太高，或者它們可能會(huì)彎曲或翹曲。而淺角度的表面往往會(huì)留下丑陋的“階梯式”表面，這使得它們不具備美容特征，因此需要盡可能將它們弄平。

2.拋棄傳統(tǒng)

最戲劇性的3D打印部件設(shè)計(jì)利用3D的能力來創(chuàng)建“有機(jī)”形狀，例如蜂窩和復(fù)雜的矩陣。不要害怕使用這些形狀，只有這樣做會(huì)創(chuàng)造出更輕、更堅(jiān)固的部件。您也不應(yīng)該害怕在您的設(shè)計(jì)中放置孔（以及其中的許多孔）。隨著傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展，在固體材料塊中鉆孔增加了零件成本和浪費(fèi)。在3D打印世界中并非如此，因?yàn)楦嗟目滓馕吨俚姆勰┖透俚奶幚頃r(shí)間。請(qǐng)記住，3D打印的孔不需要是圓形的。通常，橢圓形、六角形或自由形式的孔形狀將更好地適合部件設(shè)計(jì)，并且更易于打印。

3.考慮設(shè)計(jì)周期中的后續(xù)步驟

然而，僅僅因?yàn)槟憧梢源蛴∮泻芏嗫椎牧慵?，這并不意味著你應(yīng)該這樣打印，特別是如果計(jì)劃在以后制作很多這樣的零件的話。由于3D打印提供了巨大的設(shè)計(jì)靈活性，因此不必考慮在原型制作后如何制造零件。根據(jù)本設(shè)計(jì)提示開始時(shí)的示例，越來越多的公司發(fā)現(xiàn)適合最終用途部件的3D打印，但隨著產(chǎn)量的增長(zhǎng)，許多部件將從打印轉(zhuǎn)換到機(jī)加工、成型或鑄造。這就是為什么在設(shè)計(jì)周期早期進(jìn)行可制造性（DFM）分析變得非常重要的原因，這是為了確保在整個(gè)零件生命周期中實(shí)現(xiàn)具有成本效益的生產(chǎn)。

4.避免二次操作

使用SLS生產(chǎn)的塑料零件在生產(chǎn)過程中不需要支撐結(jié)構(gòu)，因此后處理通常僅限于噴漆、鉸孔、攻絲孔和加工關(guān)鍵零件特征。另一方面，直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）通常需要大量類似腳手架的結(jié)構(gòu)來支撐和控制金屬工件的運(yùn)動(dòng)，沒有它們，表面可能會(huì)卷曲和翹曲。對(duì)于懸臂幾何形狀尤其如此，例如寬T形，這需要在臂下面構(gòu)建支撐件，這些支撐件必須加工或磨光，從而增加了成本。這個(gè)故事與SL相似但不太引人注目，其中固化的樹脂支架可以用手持磨砂機(jī)和一些砂紙輕松拆除。在可能的情況下，零件應(yīng)該以減少這些突出物和其他不友好的特征為導(dǎo)向。

5.觀察公差

設(shè)計(jì)師和工程師應(yīng)避免“過度公差”部件，因?yàn)檫@可能會(huì)迫使它們使用更薄的層來構(gòu)建（增加構(gòu)建時(shí)間和成本），并且通常需要進(jìn)行二次加工操作以滿足過度的打印尺寸。由于3D打印為減少零件數(shù)量提供了許多機(jī)會(huì)，因此無論如何都不需要在配合表面之間實(shí)現(xiàn)超精確配合，這只是該技術(shù)如何降低制造成本的又一個(gè)例子。

用DMLS生產(chǎn)的某些零件需要手工整理。精心設(shè)計(jì)的3D打印部件可最大限度地減少后期制作步驟，從而降低成本和時(shí)間。

6.看大圖

3D打印的零件可能需要更多的前期費(fèi)用，但不要讓它嚇倒你。使用3D打印，您可以減少部件數(shù)量，減輕重量，提高結(jié)構(gòu)完整性，降低組裝成本，降低冷卻或布線的內(nèi)部通道以及傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)的其他功能。另外，請(qǐng)記住，3D打印不需要固定裝置、模具和其他類型的工具，從而消除了可能不直接與單個(gè)部件的價(jià)格相關(guān)的成本。專注于零件的價(jià)格標(biāo)簽，而不是產(chǎn)品功能和“大局”，可能會(huì)讓您設(shè)計(jì)出與以前相同的零件，從而消除了降低總體制造成本的機(jī)會(huì)。