3D打印在制造業(yè)中實現(xiàn)多功能、低重量、低成本的六個因素

隨著時間的推移，3D打印（又名增材制造）的應用已經遠遠超出了制作原型?，F(xiàn)在，該技術已經在制造業(yè)中占據(jù)了一席之地，如：

由洛克希德馬丁公司和美國宇航局建造的朱諾太空船目前正在木星軌道上完成其任務，攜帶了十三個3D打印的波導支架。

Activated Research Co.使用3D打印技術為其Polyarc氣相色譜催化微反應器開發(fā)新設計，僅需15個月即可投入市場。

雷神公司將3D打印用于制造火箭發(fā)動機、鰭片和導彈的控制部件，制作時間僅需幾小時而不是幾天。

據(jù)報道，波音在2016年創(chuàng)造了迄今為止最大的3D打印產品，即一種用于制造777飛機的夾具，創(chuàng)造了世界紀錄，據(jù)報道其制造時間縮短了數(shù)周。

在這些情況下，結果包括更多的功能、更低的重量和更低的制造成本，而且這三種都是常見的。以下六個因素使這些好處成為可能：

1.優(yōu)化設計

精心設計的3D打印部件遵循許多與注塑成型相同的規(guī)則。這些包括：在相鄰表面之間使用漸變過渡。消除橫截面和零件體積的巨大差異。避免經常在成品工件上產生殘余應力的尖角。注意薄的無支撐壁不會打印得太高，或者它們可能會彎曲或翹曲。而淺角度的表面往往會留下丑陋的“階梯式”表面，這使得它們不具備美容特征，因此需要盡可能將它們弄平。

2.拋棄傳統(tǒng)

最戲劇性的3D打印部件設計利用3D的能力來創(chuàng)建“有機”形狀，例如蜂窩和復雜的矩陣。不要害怕使用這些形狀，只有這樣做會創(chuàng)造出更輕、更堅固的部件。您也不應該害怕在您的設計中放置孔（以及其中的許多孔）。隨著傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展，在固體材料塊中鉆孔增加了零件成本和浪費。在3D打印世界中并非如此，因為更多的孔意味著更少的粉末和更少的處理時間。請記住，3D打印的孔不需要是圓形的。通常，橢圓形、六角形或自由形式的孔形狀將更好地適合部件設計，并且更易于打印。

3.考慮設計周期中的后續(xù)步驟

然而，僅僅因為你可以打印有很多孔的零件，這并不意味著你應該這樣打印，特別是如果計劃在以后制作很多這樣的零件的話。由于3D打印提供了巨大的設計靈活性，因此不必考慮在原型制作后如何制造零件。根據(jù)本設計提示開始時的示例，越來越多的公司發(fā)現(xiàn)適合最終用途部件的3D打印，但隨著產量的增長，許多部件將從打印轉換到機加工、成型或鑄造。這就是為什么在設計周期早期進行可制造性（DFM）分析變得非常重要的原因，這是為了確保在整個零件生命周期中實現(xiàn)具有成本效益的生產。

4.避免二次操作

使用SLS生產的塑料零件在生產過程中不需要支撐結構，因此后處理通常僅限于噴漆、鉸孔、攻絲孔和加工關鍵零件特征。另一方面，直接金屬激光燒結（DMLS）通常需要大量類似腳手架的結構來支撐和控制金屬工件的運動，沒有它們，表面可能會卷曲和翹曲。對于懸臂幾何形狀尤其如此，例如寬T形，這需要在臂下面構建支撐件，這些支撐件必須加工或磨光，從而增加了成本。這個故事與SL相似但不太引人注目，其中固化的樹脂支架可以用手持磨砂機和一些砂紙輕松拆除。在可能的情況下，零件應該以減少這些突出物和其他不友好的特征為導向。

5.觀察公差

設計師和工程師應避免“過度公差”部件，因為這可能會迫使它們使用更薄的層來構建（增加構建時間和成本），并且通常需要進行二次加工操作以滿足過度的打印尺寸。由于3D打印為減少零件數(shù)量提供了許多機會，因此無論如何都不需要在配合表面之間實現(xiàn)超精確配合，這只是該技術如何降低制造成本的又一個例子。

用DMLS生產的某些零件需要手工整理。精心設計的3D打印部件可最大限度地減少后期制作步驟，從而降低成本和時間。

6.看大圖

3D打印的零件可能需要更多的前期費用，但不要讓它嚇倒你。使用3D打印，您可以減少部件數(shù)量，減輕重量，提高結構完整性，降低組裝成本，降低冷卻或布線的內部通道以及傳統(tǒng)設計無法實現(xiàn)的其他功能。另外，請記住，3D打印不需要固定裝置、模具和其他類型的工具，從而消除了可能不直接與單個部件的價格相關的成本。專注于零件的價格標簽，而不是產品功能和“大局”，可能會讓您設計出與以前相同的零件，從而消除了降低總體制造成本的機會。