3D 打印如何改变备件行业 [2021 年更新]

在备件管理中，最终目标是在备件生产成本、交货时间和必须保持库存的零件数量之间取得平衡。一种帮助制造商和供应商实现这一目标的技术是 3D 打印。

3D打印作为一种数字化制造技术，可以将部分备件存储在虚拟库存中，按需生产，降低存储成本，改善服务。由于固定成本较低，与传统技术相比，3D 打印也证明在小批量生产中更具成本效益。

因此，毫不奇怪，安永接受调查的公司中有 33% 认为备件的 3D 打印可以实现更高效的售后市场，另有 26% 的公司表示该技术可以减少物流工作和库存。

今天，我们来看看备件 3D 打印的主要优势，深入了解该技术最令人兴奋的示例，并分享一些有关如何开始将备件 3D 打印集成到组织中的技巧。

备件——不断变化的景观

目前，备件制造商面临着一系列挑战，主要来自备件的生产和存储。

订购备件的成本就是这样一个问题。在传统制造中，为了降低每个零件的总成本，大多数产品都是批量生产的。

批量制造允许公司在大量零件上摊销固定成本，例如工具制造和设置成本。但是备件的生产量通常要小得多，这意味着此类零件的总成本会增加。

传统备件制造的另一个问题是交货时间长。找到合适的备件，然后将其发送给世界另一端的客户，有时需要数周时间，这会对客户满意度产生负面影响。

在某些情况下，制造商选择完全停止提供一些备件，让他们的客户空手而归。

此外，公司通常难以确定应该存储多少库存。维持库存充足的仓库本身就是一项昂贵的支出，在库存过剩的情况下更是如此。

然而，随着 3D 打印的出现，很多这些问题都可以成功解决。

3D 打印如何帮助解决零部件行业的挑战？

经济的小批量生产

与注塑成型和真空成型等传统制造工艺相比，3D 打印的固定生产成本更低。由于 3D 打印过程高度自动化，因此不需要昂贵的工具，并且通常与设置生产设备相关的成本较低。

在生产较小体积的零件时，较低的固定成本使 3D 打印具有经济优势。

数字库存：按需 3D 打印部件

在备件方面，企业面临着平衡持有大量备件作为库存的投资和按时满足客户需求的能力的挑战。

3D 打印使原始设备制造商能够重新思考他们存储零件的方法，促进向数字库存的转变。这样做的关键原因是 3D 打印使您能够直接从数字设计文件中生产零件，而无需使用任何工具，例如模具。

通过数字库存，一些备件，特别是需求较低的部件，如过时的部件，可以重新设计以进行 3D 打印并存储在虚拟部件目录中，从而释放仓库空间。

当需要零件时，您只需在您的数字库存中找到它，将设计发送到 3D 打印机并在数小时或数天内准备就绪。

在需要时制造零件的能力表明，对于少量备件，从“按库存生产”向更具可持续性的“按订单生产”模式转变。这为原始设备制造商和供应商带来了显着的好处——尤其是通过减少存储在仓库中的零件数量，从而降低库存成本。

更快的交货时间

对于传统的制造方法，由于需要设计和创建工具并设置生产线，交货时间通常以月为单位。另一方面，3D 打印的交货时间要短得多。

例如，使用 DMLS 技术可以在几天内生产出一个小型铝制支架，而使用挤压和金属弯曲工艺生产它至少需要 12 周。

此外，当需要更换少量过时部件且没有备件可用时，逆向工程和 3D 打印可以说是一个完美的组合。

3D 扫描可创建备件的 3D 可打印数字模型，然后将其发送到 3D 打印机并在更快的时间范围内生产。通过采用此流程，供应商和制造商可以大大提高其灵活性和业务敏捷性。

采用 3D 打印备件的挑战

尽管将 3D 打印用于备件的好处已得到广泛认可，但将该技术引入简化的供应链并非没有挑战。

工艺可重复性是许多 OEM 和供应商最关心的问题之一。

因此，这里的挑战是为备件制定质量标准，并确保 3D 打印部件符合这些标准和行业规范。

专用软件将在确保满足标准方面发挥关键作用。例如，为 3D 打印开发的制造执行系统软件通过记录和跟踪生产工作流程的每个阶段来确保过程的可重复性。

还有一些法律障碍需要解决，例如知识产权 (IP) 和版权。

随着 3D 打印将制造业推向数字驱动的供应链，知识产权以及供应商提供的零件设计应如何受版权保护仍存在不确定性。

在零部件行业广泛采用 3D 打印之前，供应商和原始设备制造商都必须分别建立其知识产权的安全性。

5 个使用 3D 打印备件的示例

1.飞机零部件的本地化、按需 3D 打印

为了展示按需 3D 打印的优势，美国制造商穆格与微软、ST Engineering 和新西兰航空公司合作，在航空航天行业进行了实际演示。

在这个项目中，一架从奥克兰起飞后飞往洛杉矶机场的波音 777-300 飞机进行了概念验证，以模拟机舱破损部分为中心。

到达巡航高度后，机组人员通知奥克兰的维修人员，他们需要更换 Business Premier 保险杠部件 - 该部件位于座椅和显示器之间，以确保在将屏幕推回默认位置时不会损坏座椅。

维护团队使用其访问的部件数字目录，该目录由新西兰航空公司的 MRO 提供商、新加坡 ST Engineering 上传，并订购了更换部件。

ST Engineering 确定了在洛杉矶哪里可以 3D 打印备件并直接发送到机场。

局部 3D 打印允许在飞机着陆之前生产零件。在停机坪上的 30 分钟内，部件就被更换了，飞机可以在返回奥克兰之前完成另外三个预定的行程。

据穆格称，如果该备件以传统方式采购，则需要 44 天的交货期，并且会造成大约 30,000 美元的收入损失。

2.惠而浦建立数字库存以优化其备件系统

为了提高备件供应效率，国际家用电器制造商惠而浦与数字库存解决方案提供商 Spare Parts 3D 合作。

两家公司共同致力于将惠而浦的零件目录数字化，以克服零件过时和短缺问题。

在惠而浦的目录中，已经审查了 150 个零件，对于这些零件中的每一个，备件 3D 团队尝试了不同的 3D 打印技术和材料。

该公司选择的三种方法是 FDM、SLA 和 HP Multi Jet Fusion (MJF)。 Whirlpool 零件在这些平台上使用的材料包括 ABS、ABS V0、PA12、类橡胶树脂和类 PP 树脂。

通过所有内部验证的第一部分是在 MJF 系统上使用 PA12 制作的按钮。

两家公司现在都在寻求进一步扩大适用于 3D 打印的组件库。此次合作的一项重要成果是提高了零件的可用性，这对客户服务产生了重大影响。

3.德国铁路正在使用 3D 打印来减少车辆停机时间

德国铁路公司 Deutsche Bahn 是备件 3D 打印技术的早期采用者。在过去几年中，德国铁路公司已经确定了 100 多个可以从 3D 打印中受益的用例。大多数零件都与可用性相关，这意味着它们可能难以采购，从而导致长达数月的车辆停机时间。

此类零件的一个示例涉及 294 类机车的轮对轴承盖。该型号于 1960 年代和 70 年代投入使用，并且缺少某些组件的备件，例如此盖。

传统上，德国铁路需要使用铸造工艺生产新零件。然而，这种方法通常涉及较高的最低采购数量，并且零件交付可能需要几个月的时间。

AM 似乎是一种自然的替代方案，因为它能够更快地按需创建这部分。该公司求助于服务局，该服务局使用电弧增材制造 (WAAM) 技术 3D 打印了轴承盖。 WAAM 工艺使用线材作为原材料。焊丝通过喷嘴送入并逐层焊接到最终工件中。

该部件重 13 公斤，仅用了 7 小时就完成了打印，这为 Deutsche Bahn 提供了诸如提高部件可用性和显着降低制造成本等优势。

4.用于饮料灌装厂的 3D 打印金属备件

Jung &Co. Gerätebau GmbH 是一家总部位于德国的制造商，专门生产不锈钢部件。该公司正在使用 3D 打印按需制造备件，其中一个例子是饮料灌装厂的罐头灌装阀。

传统制造的罐装灌装阀由 7 个组件以及密封件和螺钉连接组成。制造这个阀门需要 8 周或更长时间，包括采购所需的铸件。

此前，该公司将该部件的更换件保存在仓库中，以便在出现故障时能够快速提供。

然而，转向金属 3D 打印使 Jung &Co. 重新思考了其生产阀门的方法。

重新设计用于 3D 打印的阀门并在基于激光的 3D 打印机上制造它使该公司获得了多项好处。首先，3D 打印使得在一次操作中制造整个罐装灌装阀成为可能，消除了组装步骤。重新设计的阀门也比原始组件轻 35%。

更短的交货时间是另一个好处。对于饮料灌装厂，从请求和接收更换部件的时间至关重要。当工厂必须关闭时，盈利能力会迅速下降，一小时的生产损失可能会造成约 4,000 至约 30,000 欧元的损失。

通过 3D 打印，阀门可以在一周内生产出来——比传统方法快 8 倍——这对于饮料厂来说意味着可以显着减少代价高昂的停机时间。

最后，3D打印的灌装阀也比传统替代品更便宜，不再需要提前购买和储存。

5.保时捷：3D 打印老爷车备件

Porsche Classic 部门为其老式和停产车型提供零件，并正在使用 3D 打印为其旧车生产稀有的小批量备件。

其中许多零件不再生产，制造它们所需的工具要么不存在，要么状况不佳。使用传统方法制造新的工具辅助工具本质上成本过高，特别是考虑到所涉及的低产量。

为了解决这些挑战，保时捷经典已开始按需 3D 打印这些零件（金属和塑料）。

其优势在于无需任何额外工具，只在需要时制造零件，帮助保时捷节省与使用传统方法制造这些备件相关的工具和存储成本。

很少订购或已停止生产的 3D 打印零件是汽车供应链中的一个增长趋势。梅赛德斯-奔驰卡车、大众汽车和宝马也在此应用中采用 3D 打印，以降低成本、提高运营效率并优化库存。

外包或内部 3D 打印备件？

随着制造商越来越多地在内部采用 AM 系统，许多制造商可能希望考虑为备件建立内部 AM 设施，而不是采购它们。然而，在考虑是否实施这样的战略时，制造商必须考虑几个因素，例如实施 3D 打印的生产量、预算和时间表。

如果只生产少量备件，公司不一定需要投资 3D 打印机。随着 3D 打印机构的数量不断增加，制造商可以轻松地在外部 3D 打印他们的备件。

通常，选择外包还是内部生产备件很大程度上取决于公司希望将增材制造融入其工作流程的程度。

将备件的 3D 打印集成到您的公司中

也就是说，当采用 3D 打印进行内部备件生产时，有一些技巧可以让您的旅程更顺畅。

一家公司应该从小做起，这样 3D 打印就可以帮助立即解决供应链中的问题。这将要求公司评估技术可打印性和经济可行性，以首先确定哪些备件可以并且应该进行 3D 打印。

该评估应基于技术细节，例如尺寸、材料和复杂性。通常，3D 打印具有复杂结构的较小部件是有意义的，尽管打印大型部件的可能性正在扩大。

还必须考虑经济原因，例如如果特定部件不可用，则停机成本。

从小项目开始将作为启动板，将 3D 打印进一步集成到您的供应链流程中。

下一步将构建数字供应网络并制定完整集成备件 3D 打印的路线图，这将帮助您扩展和最大化 3D 打印在供应链中的优势。

提高供应链的灵活性

备件 3D 打印为制造商和供应商开启了一种新的商业模式。打印备件，而不是将它们保留在库存中，可以降低成本，提高零件可用性，并通过本地化生产最大限度地减少公司对供应链的依赖。

但要获得备件 3D 打印的全部好处，公司必须采用正确的方法和工具，例如数字库存。这将帮助他们更轻松地过渡到新的商业模式，并打开通往更灵活、以需求为导向的供应链的大门。