3D 打印是否准备好进行最终零件生产？

过去十年来，增材制造的最大趋势之一是从快速原型制作转向生产。虽然 3D 打印仍被普遍认为是一种利基快速原型设计解决方案，但该技术从原型设计到最终用途部件的转变正在进行中。那么，制造商如何开始从快速原型制作过渡到使用 3D 打印的最终零件生产？需要克服哪些挑战才能使这种 AM 成为最终部件生产的完全可行的解决方案？

3D 打印对最终部件生产的好处

3D 打印已成为产品开发和设计验证的宝贵工具，提供了一种快速且经济高效的方式来生产概念和功能原型，而无需昂贵的工具。然而，该技术的好处远远超出了这个有限的范围。

增材技术的发展意味着制造商现在应该考虑如何利用 3D 打印来协助批量生产。虽然注射成型和铸造等传统减材制造方法非常适合生产大量相同的零件，但它们在某些应用中受到限制，例如需要小批量生产的定制零件和产品。

显然，3D 打印预计不会很快取代这些传统的制造方法，但该技术确实为它们无法填补的空白提供了明显的优势。

小批量生产

当涉及小批量生产时，例如，3D 打印成为可行且经济合理的选择。从数字设计到生产的能力意味着可以创建复杂的产品，否则使用传统方法制造这些产品是不可能且成本高昂的。这种增强的设计自由度使制造商能够突破创新的界限，更快地将新的创新产品推向市场。

以这种方式使用的 3D 打印最著名的例子之一是 LEAP jet GE的燃料喷嘴。无需单独生产喷嘴所需的 18 个单独部件，通过 3D 打印，喷嘴只需一个部件即可生产——比其前身轻 25%。

大规模定制

定制不仅仅是一个流行语；这是当今消费环境的现实。随着消费者期待更加个性化的服务和产品，制造商面临着有效满足这些需求的挑战。在这里，3D 打印提供了理想的解决方案：一种经济高效的方式来批量生产满足个别客户需求的产品。宝马只是以这种方式使用该技术的一家公司，为其 MINI 汽车系列提供定制服务。客户可以选择定制功能，例如门把手或侧板的部分，然后进行附加定制。

精益供应链

3D 打印为更精简、更简单的供应链提供了两个改变游戏规则的好处。首先，制造商可以使用 3D 打印从“按库存生产”转变为“按订单生产”的制造模式。这消除了维护额外库存的需要，从而显着降低了库存成本。其次，凭借现在按需制造产品的能力，生产可以更贴近消费者，加速交付并简化供应链。因此，CAD 文件形式的数字库存与本地化生产相结合，可以改变制造商的供应链管理。

从原型设计到最终零件？

过去十年中增材技术的巨大进步使得用于最终部件生产的 3D 打印不仅仅是一种独特的可能性。然而，要真正实现向小批量生产的转变，仍然需要在软件、工艺、材料和硬件方面取得进步。虽然其中大部分已经发生，但要让 AM 作为一种制造技术被大规模采用还需要一些时间。以下是一些需要克服的挑战：

工作流程

许多原始设备制造商开始探索最终用途零件的增材制造用例，缺乏软件基础设施来创建可扩展的增材制造工艺。由于 AM 的要求是独一无二的，标准的 PLM 和 MES 解决方案不足以确保生产过程顺利进行。缺少文件优化——包括文件修复和转换——机器调度和构建优化需要专用的工作流程管理软件来简化关键生产阶段并确保可重复的生产过程。

速度
工业规模 3D 打印的另一个挑战是硬件系统的速度，尽管最近的发展很可能会改变这一点。例如，Desktop Metal 的 3D 打印机系列据说比基于激光的系统快 100 倍。这些金属增材制造机器专为复杂金属零件的高吞吐量而设计。惠普是另一家希望扩大 3D 打印以生产大批量终端部件的公司。其 Multi Jet Fusion 3D 打印机以高速度和准确性着称，能够以经济高效的方式生产多达 110,000 个零件。

过程可靠性和质量控制
快速原型制作需求与最终部件生产需求之间的一个主要区别在于，部件质量和工艺可重复性对于后者来说是更为重要的因素。例如，对于航空航天和医疗等要求苛刻的应用而言，零件质量至关重要，例如，可以重复流程并确保安全是至关重要的。多年来，确保可重复的增材制造生产过程一直是一项挑战，许多制造商仍然面临这一挑战。

但是，这方面正在取得进展。例如，像 Expanse Microtechnologies 这样的公司正在通过先进的 CT 扫描技术为流程标准化做出贡献。最近，增材制造标准化协作组织（AMSC）成立，以加快全行业增材制造标准和规范的制定。

展望未来

制造商越来越认识到 3D 打印对最终用途零件的好处，西门子和宝马等工业巨头大力投资增材制造设施以推动规模生产。有鉴于此，公司越来越多地寻找将技术集成到更广泛的制造业务中的方法。虽然 3D 打印不会与传统制造方法竞争，但它有可能在这个新的数字化时代改变某些零件和产品的生产方式。因此，制造商需要一个战略计划和路线图来实施增材制造，涵盖从设计到生产和后处理过程的所有部分。