用增材制造重新思考零件整合

机械组件在消费品和工业产品中都很常见。即使是相对便宜的产品也可能有几十个单独的组件，而在复杂的机械中很容易有成百上千个组件。增材制造 (AM) 可实现高水平的零件整合，有时甚至无需组装。

增材制造对零件整合的好处

AM 具有独特的能力，能够生产使用传统制造方法无法制造的复杂几何形状。即使几何形状非常复杂，通常将许多零件制造为单独的组件然后组合在一起的机械组件也可以作为单个单元进行增材制造。除了简化设计之外，使用 AM 进行零件整合还有其他切实的好处：

降低总体预测成本

使用增材制造整合零件的最佳和最明显的好处是需要更少的零件来组装意味着您在组装成本上花费的钱更少。将组装排除在外还意味着您将减少潜在的成本驱动因素，例如质量控制或库存管理。通过使用增材制造将多个零件合二为一，您可以降低隐藏成本和项目延误的风险。

材料少

在传统制造中，随着零件复杂性的增加，零件成本通常也会增加。对于 AM，情况并非如此——随着零件复杂性的增加，零件成本不会增加。在许多情况下，零件成本会降低，因为增加的复杂性通常意味着使用更少的材料。与传统制造相比，使用增材制造可以减少 70% 以上的材料使用量。

整体风险较低

零件合并减少或完全消除了许多风险。例如，您可以规避供应商无法再提供相关零件的风险。这种供应商风险乘以装配中的零件数量。如果您能够使用 AM 将多个部件作为一个单元打印，则遇到此问题的几率会大大降低。

还有其他风险也降低了。当零件作为单个单元制造而不是单独组装时，零件故障的情况会减少。另一个风险是过时。当部件达到其使用寿命时，您将没有必须处理的剩余库存。

更好的性能

在许多情况下，AM 可以让您制造出性能更好的零件，因为它可以实现理想但无法通过传统制造制造的几何形状。增材制造在提高产品性能方面具有令人兴奋的好处的一些应用包括轻量化、高强度重量比、传热和流体流动以及能量吸收。

您如何确定要合并的部分？

在考虑使用 AM 进行零件整合时，第一步是关注您计划更换的组件的功能。然后，您需要质疑导致您使用传统制造方式进行原始设计的假设。

使用结构化方法来分析要合并的部分会很有帮助。一种用于分析制造和装配的有效且流行的方法被称为制造和装配设计 (DFMA®)。该模型由三个问题组成，可帮助工程师和制造商开始组装整合过程：

1. 零件是否需要相对于组装的零件移动？
2. 零件功能是否需要多种材料？
3. 零件是否需要分开组装或拆卸？

通过思考这些问题，设计人员可以确定装配所需的理论上的最小零件数量。虽然这些问题可以作为起点，但有一些后续注意事项可以帮助您确定是否应该考虑使用添加剂进行零件合并：

1. 是否需要多个部件才能满足此要求？
2. 单个零件能否满足此要求？

换句话说，部件是否真正需要多个部件才能正常运行？是否有其他解决方案，例如晶格结构（或其他复杂的几何形状），可以整合到设计中，以提供相同的功能，同时减少整体所需的零件和材料数量？

查看下面的图表，以帮助确定使用添加剂进行零件整合是否适合您。

零件合并和增材工艺

减少单独组件数量的设计只是部件合并的一个因素。另一种减少产品中组装零件数量的方法是使用使整合成为可能的技术。借助 HP Multi Jet Fusion (MJF) 等增材技术，单独的组件不仅能够作为一个整体打印，而且能够直接从打印机进行全方位的运动。

决定使用哪种增材技术取决于您的设计要求。例如，使用 HP MJF，零件不需要支撑，这使工程师能够创建更复杂的设计和可移动的零件。 Carbon® 技术确实需要支撑，但能够将具有不同壁厚的耐用组件打印为一体。使用 Carbon® 进行零件整合的一个很好的例子是 Steelcase 的 SILQ 椅子扶手：过去扶手使用三个独立的部件组装，但由于格子结构和复杂的几何形状，现在被打印为一个。

零件合并应用示例

有许多应用程序可以从使用 AM 的部件整合中受益。市场上已有应用，例如机械组件、流体部件、结构件等。由于将多个部件设计为一体，制造商看到了性能和耐用性的提高。让我们仔细看看零件整合如何影响两个特定的应用程序。

泵叶轮

传统制造的叶轮通常需要将单独的零件焊接在一起。使用 AM，这些可以打印为单件。传统上制造泵叶轮时，其组件之间会有间隙。通过使用增材制造，可以消除间隙，从而提高零件的整体性能。还需要注意的是，由于消除了焊接接头，潜在故障点的数量减少了，焊缝处将不再发生腐蚀。

风管

风管也是零件合并的理想选择。使用由添加剂启用的复杂几何形状，可以优化零件几何形状和气流。这方面的一个例子是使用 HP MJF 的 HP 500/300 打印机系列中的冷却管道。通过将八个部件合二为一，惠普能够简化其供应链并将组件成本降低 30%。

制造商努力通过零件整合来降低成本、供应链风险和提高性能。由于现在可能的复杂几何形状，AM 提供了一个独特的机会来进一步减少装配。如果您想详细了解如何整合您的应用程序，请立即联系我们的专家团队。

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