特征添加剂制造（3D打印）
加法制造进入生产阶段

由于消费级3D打印机的广泛扩散，这句话“我的孩子可以制作”现在适用于数百万塑料形状。

然而，直接从没有模具或工具的数字模型印刷成品的表观易于印刷，也使许多人低估了在生产环境中应用技术的挑战和成本。

在AM（添加金属）制造中，这在尤其问题中，其中进入的屏障远高于塑料。

“Additive is a unique process, and I think it’s probably one of the most over-hyped technologies in the world,” says Peter Adams, president and CEO at additive manufacturer Burloak Technologies, “and I truly believe that this is creating a major misunderstanding of the technology. And that is causing a lot of people to invest money that they never would have to put at risk if they asked the right questions.”

理解能力

最常见的误解是，3D打印是一种可行的成本削减替代机械加工和其他传统方法。亚当斯说:“如果你说，‘让我们打印出来，看看能不能比数控机床更便宜，’那你就走错路了。”他指出，他的公司经常建议潜在客户继续以原来的方式制造零部件。

“3D打印是缓慢的，”蒙特利尔添加剂制造商Axis原型的首席执行官Gilles Desharnais说。“你在一次建造20微米或40微米的层。你的机器可能会花费25万美元，而材料成本是你通常用于加工的原料的十倍。所以，如果有人走过来跟你说，‘我今天加工了这个，我想用3D打印它’，这个商业案例成功的可能性可能只有0.1%。”

直接从没有模具或工具的数字模型印刷成品的表观易用性导致许多人低估了挑战和成本。

也就是说，3D打印是一种更换游戏更换的工具，如Burloak和Axis等加成制造商正在市场上进行重要的进展。关键是识别添加剂对其他方法的优点的领域创造了生产特定产品的独特产品或部分的机会。

Desharnais说:“你真的必须寻找机会，利用3D打印给你的设计自由，这是增材制造(DfAM)设计发挥作用的地方。”所以很多人都想知道添加剂能给我带来什么?’这不仅适用于金属，也适用于塑料。”

在设计中使用

一个重要的例子是部件整合，其中添加剂制造复杂形状和几何形状的独特能力使制造商可以用更少的组件创建组件。另一个是生产更有效的设计，以提高性能或减轻重量的能力。

亚当斯说:“我认为航空航天和太空是明显的最佳选择。”“你得到了一个高度复杂、高度工程化的产品，你有机会进行大规模削减。零部件整合可以消除风险，解决问题。”

经典的例子是由GE航空开发的燃料喷嘴组件，现在广泛地安装在其跃入飞机发动机上。这减少了20到一个部件，较轻，耐用5倍。较少的部件和更高的耐用性降低了维护成本并提高了安全性，更轻的重量提高了飞机的效率。这些优势使得添加剂制造的更高成本是合理的。

有趣的也使用添加剂，通过创造更好的工具来帮助提高加工操作的效率。例如，具有冷却通道的钻头允许操作员减少钻孔操作中的冷却时间。

医疗应用

许多最知名的添加剂解决方案都涉及医用植入物和假肢，这些植入物不仅必须与人体的轮廓相匹配，还可能需要具有复杂的表面纹理。一个独特的例子是使用晶格结构改进的脊柱植入物，它允许组织在里面生长。

滑铁卢大学(University of Waterloo)多尺度增材制造实验室(Multi-Scale Additive Manufacturing Lab)的行业培训经理马克•柯比(Mark Kirby)表示:“打印可能是创建真正的3D晶格的唯一途径，而整个具有真正3D晶格的脊柱笼现在被认为是脊柱笼的黄金标准。”

随着该技术的改善，柯比预测，当各医院可以生产植入物等髋关节替代品时，我们很快就会看到一天。“如果我按需打印，我不必在仓库中有100,000个臀部更换，我不必在世界各地发货，”他说。

高批量功能也开始进入图片。去年夏天，基于温尼伯的制造商精密ADM使用的3D打印批量生产300万塑料鼻咽棉签，用于Covid-19测试，最大的生产历史上3D打印生产。关键的业务优势是时间 - 获得批准需要许多迭代与加拿大卫生等监管机构，如果每次都必须创建注塑模具工具，那么将花费多个月的阶段。

虽然拯救生命是覆盖要求，柯比指出，该项目还表明3D打印在高卷上可能经济。“在单位成本上，注塑成型部件将更便宜，”Kirby说：“如果您在那里的工具中查看生命周期成本并在延迟时间内进行分解，3D打印就是经济意义。”

前进

随着技术的进步，应用该技术的机会呈指数级增长。正如Desharnais指出的那样，2009年只有6种塑料打印材料，而今天，即使不是数千种，也有数百种。今天，我们看到了碳纤维、玻璃纤维、木纤维和石墨烯等添加剂，石墨烯被用于制造导电塑料。

塑料打印机的低成本也创造了机会。Sienci Labs是一家位于滑铁卢的初创企业，专门生产木工数控设备。该公司发现，塑料零件可以由一个300美元的消费级打印机生产，非常经济。思恩思还在安装低成本的自动卸载打印机设备，减少了劳动力。

“If you’re a start-up like us, it’s much cheaper to build a 3D printer farm than to pay for all the moulds and then do all the engineering,” says Andy Lee, Sienci’s CEO, “because we have no idea how many parts we’re going to need, or if there are going to be any changes made in between. We’re also in kind of a sweet spot because we order all the filament material in bulk.” Once volumes increase and the product reaches maturity, he says, the company will likely switch over to injection moulding.

“人们忘记了添加剂是一种工具，所以它将适合于解决方案。”

夸张的选择使得这项技术将改变许多竞争景观，如果不是全部，制造领域。为了利用机会，制造商不仅必须尝试该技术，而且仔细观察他们的设计和流程，以了解传统方法可能会阻止它们的位置。

“人们忘记了添加剂是一个工具，”超级团聚的成员关系总监Brank Defalco说，下一代制造制造加拿大，“所以它将适应解决方案。非常非常少将是一个独立的解决方案。所以，这一切都是关于了解解决方案的重新设计的旅程。“

其中的一部分是了解添加机器的表现如何，这通常与屏幕上出现的不同。“学习语言的最佳方式是购买，也许是2,000美元的打印机并开始实验，”Kirby说。“那样，你将成为业务谈话的一部分。”

没有关于3D打印应用的教科书，随着新选项的涌现，有无限的探索途径。关键是开始学习的过程。Kirby说:“我认为，如果你根本没有3D打印的能力，你就会限制未来可能进行的对话和商业互动。”

雅各布·斯托勒(Jacob Stoller)是一名记者和作家，撰写有关精益、信息技术和金融的文章。

这篇文章发表在2021年2月问题制造自动化。