克服增材制造中的关键障碍：实用指南

发布于2022年10月26日

最初发布于 fastradius.com 2022 年 10 月 26 日

3D打印，也称为增材制造，是一项相对较新的技术，但它已经取得了长足的进步。自 20 世纪 80 年代发明以来，3D 打印在制造业中日益普及，2021 年全球 3D 打印市场价值达 126 亿美元，预计到 2026 年将增长至 348 亿美元。

尽管阿迪达斯和罗林斯等公司已经使用 3D 打印技术来创造创新的新产品，但增材制造在工业规模的采用方面仍然面临挑战。研究表明，63% 使用增材制造的企业仅将该技术用于原型设计，只有 21% 的企业将其用于生产无法通过其他方法制造的产品。

增材制造的常见挑战

生产级 3D 打印机比工业 CNC 机器或注塑机便宜得多，但增材制造设备仍然很昂贵。事实上，根据 Stratasys 的一项调查，25% 的受访者认为设备成本是使用增材制造时面临的最大挑战。这种反应并不令人意外：节省 3D 打印机的前期成本可能需要时间，而且大多数企业需要不止一台 3D 打印机来处理收到的大量订单，这意味着需要投入更多资金。有些公司根本无法证明资本支出的合理性。 

然后，还有制造和加工成本本身。在同一项 Stratasys 调查中，16% 的受访者表示与增材制造相关的制造成本是最关心的问题。虽然 3D 打印机非常自主，但它们仍然需要有人将数字文件发送到打印机，确保打印机配置正确，并启动打印过程。对于多材料熔融沉积建模 (FDM) 打印，可能需要有人在打印过程中更换耗材，并根据所使用的材料和打印机调整喷嘴、打印速度、回缩设置和床温。最后，打印完成后，需要有人移除所有支撑结构并处理零件以获得高质量的表面光洁度。

除了制造和加工成本之外，还包括附加设备维护成本。如果没有适当的维护，3D 打印机可能会发生故障，导致公司在等待替换零件到达的过程中数天（甚至数周）都没有新零件。对于 FDM 打印机，维护可以采取定期调整皮带张力并清除喷嘴中积聚的塑料的形式。 多喷射融合 (MJF) 打印机需要定期维护打印头和加热灯，每年可能花费数千美元，立体光刻 (SLA) 打印机需要定期维护甚至更换树脂槽。随着时间的推移，这些维护成本肯定会增加。

打印完成后，增材制造也会带来挑战。大多数 3D 打印零件都需要某种形式的后处理，这需要时间并增加单位的总体劳动力和管理成本。例如，SLA 部件上直接从打印机中取出的粘性多余树脂覆盖，需要在溶剂中清洗。由于支撑结构留下的突出层线或表面瑕疵，FDM 零件通常需要打磨或蒸汽平滑。考虑到这些问题，9% 的受访者将后处理要求视为增材制造的首要挑战也就不足为奇了。

还值得注意的是，增材制造是一种比传统制造方法年轻得多的技术。虽然注塑和数控加工已经使用了几十年，并且已经拥有大量兼容材料数据库以及全球认可的材料标准，但增材制造的材料选择更加有限，而且既定的材料标准也更少。

幸运的是，增材制造正变得越来越流行，越来越多的企业正在投资开发、标准化和鉴定增材材料。事实上，2021 年增材制造的主要趋势之一是新型增材材料的引入。最终，这项研究将使制造商能够缩小增材制造与其他技术之间的差距。各个行业建立全球认可的标准也将有助于增材制造在制造业领域获得更牢固的立足点。

增材制造的技术挑战

与注塑成型和数控加工相比，增材制造可能具有较低的工艺可预测性和可重复性。例如，增材制造的零件通常要经过后处理以改善其表面光洁度，如果控制不当，很容易出现人为错误，并可能导致零件无法满足严格的公差要求。当在需要极高精确度的行业（例如航空航天或汽车行业）中使用增材制造时，这个问题是一个挑战。

尽管增材制造使公司能够在无需额外组装的情况下打印复杂的物体，但后处理技术可以延长周转时间并节省预算。此外，公司可能需要投资于检查和质量控制资源，以确保 3D 打印零件符合任何所需的规格。

增材制造的运营和组织挑战

作为一项相对较新的技术，增材制造也面临着运营和组织方面的挑战。不仅在操作层面上没有采用增材制造的先例，而且缺乏基于该技术的业务和成本计算模型。许多企业也对使用 3D 打印持谨慎态度，因为他们不确定数字设计的所有权。

除了这些挑战之外，专门针对增材制造职业的专门教育途径很少，这导致缺乏对技术和流程有深入了解的技术人员。这些因素，再加上非专门从事增材制造的公司对增材技术的了解通常有限，意味着许多客户不确定增材技术可以在哪些方面为其业务增加价值，因此，他们完全避免使用增材技术，这往往对他们自己造成损害。

与经验丰富的增材制造合作伙伴合作解决挑战

如果您不太确定如何将增材制造融入您的业务，不知道如何进行 3D 打印设计，或者还没有准备好应对拥有自己的 3D 打印机带来的投资和技术挑战，那么最好与制造合作伙伴合作。经验丰富的 3D 打印合作伙伴可以帮助您克服与增材制造相关的许多主要挑战，包括前期设备成本、结果不一致以及缺乏 3D 打印知识。与合作伙伴合作还可以让您获得更多添加剂材料和更全面的后处理选项。

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