特征增材制造(3D打印)
添加剂制造：随着技术的发展，制造商今天可用的机会是什么？

“这是一种演变，而不是一场革命。”3D打印机提供商Cimetrix Solutions的总裁詹姆斯·詹提斯（James Janetes）在去年晚些时候多伦多的一次活动中描述了添加式制造——或者通常所说的3D打印。

关于3D打印技术有很多炒作，但Janeteas告诫制造商，当涉及到3D打印技术能做什么时，不要陷入“幻灭之坑”。由于速度、成本和分辨率等因素，这项技术在某些应用中没有意义。

“与行业一样多，它估中了，重要的是要理解您可能无法满足您可以听到我们技术能够表现的一些期望，”他说。“重要的是不要沮丧。”

相反，他敦促公司继续寻找利用该技术的机会。因为有机会。

应用选项
增材制造作为一种可以提供快速原型或生产少量零件用于测试的技术，一直受到广泛欢迎。

“这主要是进入商业化的快速路线，”中小企业多伦多章节秘书和过去的主席奈杰尔·南道说。“所以您可以拍摄您的设计，并为最终产品进行测试。然后，当您完成最终产品时，然后使用注塑成型或其他形式的塑料应用，改变技术并使塑料部件从模具工具中取出模具工具。“您可以生成一个相当于最终模压部件的样本，以便能够通过所有测试并获得产品介绍。”

据坦率地，南道说，船首技术将继续发展和改进，南威说：“目前的添加剂制造技术速度太慢，例如，制作瓶盖甚至计算机。任何高批量产品成本要求都不满足加油技术的成本曲线......它主要针对想要做快速原样的人或能够提供溢价来制造低批量样品。“

金属零件的添加剂制造与塑料零件具有类似的高产量禁止性成本曲线问题，但允许以较少的加工操作和较少的加工技能生产更复杂的形状。

正是由于这个原因，这项技术已经在航空航天等行业得到了应用。

通用电气航空添加剂开发中心的迈克·克洛兰（Mike Cloran）表示，过去，通用电气曾将添加剂制造用于原型和样品零件。正如Cloran所指出的，生产原型时可以节省一定的时间——您不必等待模具，因此您可以直接从CAD文件开始生产零件。该过程还允许您在需要时修改产品中建。如果零件的某个部分尚未生产，则可以进入程序，更新该部分，然后继续构建过程。

使用增材制造方法的另一个优点是，结构不必完全是固体金属。通过在零件内部创建一个类似有机晶格的结构，增材制造方法可以让你制造出与固体零件相同强度的零件，同时重量比固体零件轻70%。

“你从喷气发动机中取出的每磅都会节省燃料成本，”Cloran Notes。

通用航空目前使用增材制造的最大应用是为其新LEAP发动机开发燃料喷嘴。燃油喷嘴将是通用电气使用增材制造技术全面投产的第一个部件。选择使用这种技术是由于零件的复杂性。

Cloran说:“如果用其他方法制作，就需要将大约20个部件组合成一个。”“这是一个非常复杂的部分，现在可以在一个建筑中生长，所以这部分非常强大。”

航空航天行业的公司将继续使用该技术使零件打火机，或数量较低或应用的其他应用非常具体，困难。

但Southway解释说，“单位零件成本可能仍然高于传统方法，产量也可能较慢，而且增材制造过程可能仍然需要一些二次加工操作，以满足光精度和公差。”

他坚持认为，对于可以在其他技术中轻松制造的零件而言，这不是一个经济高效的解决方案。然而，Southway说，这项技术在工具制造领域提供了一个巨大的机会和巨大的杠杆作用。

“这将为工具制造商和零件设计师增加一个真正的优势，他们必须解决工具限制，并希望使用奇异的金属材料。”

加工时间
当涉及到生产塑料模具的一个挑战是冷却剂通过的点产生的热量。据Southway介绍，增材制造为解决这一问题提供了更多的选择，因为它允许工具设计师以更低的成本在结构中建造复杂的水道或热管理端口，这也将提高成型性能。

“在某些情况下，如果工具制造商能够正确使用这种技术，一些困难的问题可以得到解决，如改进模具制造过程的内部冷却室，以及冲压和成型工具生产的困难型材。这可以转化为提高最终工具部件的产量和性能，也可以提高质量和可重复性，”Southway说。

他预测，添加剂制造将改变我们进行工具的方式，使利用该技术更具竞争力的公司。

“这总是推动着制造业。更好的工具总是区别所在。”“工具制造商和原型工程师将需要(增材制造)来竞争。”

仍然存在的挑战
安大略省基奇纳(Kitchener) Duron Plastics公司的首席执行官加里•克卢特(Gary Cluthe)表示:大约五年前，他购买了一套EOSINT M270系统。他的公司专门从事定制注塑和模具制造。他认为这项技术将是模具制造的理想选择。

然而，在这一点上，他们的EOS机器并未用于此目的。相反，航空航天和军事承包商一直在使用它来满足他们的需求。现在，几乎每天都有关于在机器上生产零件的查询。

“对我们来说，成本不保证制作工具，”Cluthe说。“并且它对腔核心工作并没有效果。在我们所做的模具中抛光深肋骨有太难。“

这并不是一个罕见的问题。人们普遍认为，目前的添加剂技术将需要与现有的金属去除加工技术相结合，以支持最终成品。

为了实现附加制造的好处，Southway解释说，该技术必须与现有的金属去除加工技术（如表面纹理和光洁度）集成，公差限制可能需要金属去除过程作为二次光洁度操作。

但技术正在不断进步，加拿大泰科电子(Tyco Electronics Canada)的增层制造设计和开发专家维斯纳·科塔(Vesna Cota)表示。该公司为各种行业设计和制造连接性产品和解决方案，主要使用增材制造的原型，装饰和夹具-以压缩响应和开发时间，并最大限度地提高其产品的性能。但他们也使用这种技术，在生产材料中使用快速加工的全功能原型。

Cota说：“添加剂制造技术非常适合于工具维修和保形冷却，迄今为止已有许多成功的实施，但制造时间和/或表面光洁度一直是一个阻碍因素。”。“这些领域的进步，加上新材料和即将推出的混合添加剂制造系统，应该引起重新考虑。即使是那些仅仅在两三年前看过它的人，也可能会对此后的进步感到惊讶。”

她说，这些进步包括“流程、构建速度和构建规模的持续递增但显著的改进”。仍然需要更好地定义过程控制。专利材料和对特性的需求推动了材料成本的提高，但与此同时，许多新材料正在开发和发布，表现出比任何现有材料更好的性能。”

但要真正利用这项技术，Southway表示，添加金属技术将需要强大的工程应用咨询能力，以支持新设计方法的开发，以及对不同设计规则和零件规划活动的清晰了解。

“与公众的信仰相反，金属添加剂工艺不是按钮技术。有很多设计规则，还有很多规划需要进行零件并制作机器产生它。为了做得好，您还需要设计师了解限制以及如果他们正确地利用技术，请正确地了解这一限制，“南威说。“你不能只将现有的图纸带到这台机器上并制作它们。您必须重新设计您的部件或您的工具，以获得最终产品的最终产品的使命。“

Cota说：“附加制造是一种全新的产品思维、设计和制造方式。为了获得真正的利益，附加制造的实施必须跨越整个过程——从概念到最终零件，包括3D建模。”。“工作中正在培养技能，缺乏适当的信息和指导。融资程序困难和金融机构缺乏理解都是更广泛推广添加剂制造实施的障碍。”

前进
不仅仅是高科技的航空航天和汽车工业需要利用这项技术。索斯韦说，“传统行业”也有机会。

例如，石油和天然气行业设备供应商有许多部件，如联轴器、接头和阀门，可以从该技术中受益；家具和耐用品制造商将受益于将该技术集成到工具制造环境中，更快速的工具制造将提供竞争优势；食品加工和制药设备制造商将受益于使用该技术生产的敏感和复杂的计量装置。

“每个人都认为这种技术只会用于高科技产品和高科技产业。并不是这样的。它也注定要支持传统行业，这些行业需要使用更多的高科技工艺和方法，以及他们应用于传统产品的工具。所以我们需要做的是确保传统行业接受这项技术，可能是在他们的工具领域，甚至是在产品本身，把它从一个非竞争性的传统行业变成一个高度竞争性的传统行业。这项技术，加上创新精神和不断改进的艺术，是实现这一目标的大门。”

虽然这项技术的应用会有新的机会不断涌现和发展，但它并不是要取代您当前的流程，而是要对它们进行补充。

Southway说：“当你将它添加到制造工程师拥有的流程和工具套件时，这就是它变得强大的过程。”

Mary Del Ciancio是制造自动化杂志。Rob Colman是编辑MP&P是一个姐妹出版物制造自动化。

这篇文章最初发表在2014年5月的制造自动化。