增材制造:原型再造

创新者通过使用增材制造(AM)和最近的行业进步，将库存成本削减了95%。企业如何看待制造业愿景的重建，已经发生了翻天覆地的变化。虽然AM正在帮助全球原始设备制造商(oem)满足全球各个行业和市场的需求，但其范围已经超出了快速成型，系统集成商正在帮助工程、自动化和系统集成。这种转变归因于AM生产具有复杂设计的部件的卓越能力，降低了制造成本-材料损失，由于有限的兼容性而进行的组装，以及对机械和配件的需求。

从快速成型到3d打印的演变，以及相关的创新，正在扩大工业范式，使之不再被认为是遥不可及的愿景。汽车、航空航天、建筑、消费品、医疗保健、食品和制造业等工业部门对AM及其应用的需求很大。

这可能很难让人相信，但“快速成型”已经存在了超过35年，自1981年日本的Hideo Kodama博士首次发表了他关于功能性快速成型系统的描述并申请了专利。从那时起，快速成型已经成为第四次工业革命(工业4.0)中最大的技术颠覆者之一。

根据Frost and Sullivan的报告，从2015年到2025年，AM将以15%的复合年增长率(CAGR)增长。报告和数据预计，2026年AM市场价值将超过230亿美元，高于2018年的80亿美元。

一家总部位于加州雷德伍德的初创公司，投资25亿美元，创造了世界上第一个通过订阅模式部署的AM硬件，因此它总是可升级的。

成本降低，新设计

原型设计是一种旧的技术理念，但它有一个转变的愿景——最大限度地减少制造生态系统和供应链的成本。随着新技术颠覆业务转型，制造业的未来依赖于更多样化的原型应用专家网络。这样做是为了节省时间和资源，减少错误和缺陷。这一愿景使得全球企业开始关注AM的概念。

总部位于美国的运动服装巨头耐克有一个清晰的愿景，即向客户出售可以在家打印的设计。耐克及其一些竞争对手在鞋类领域的AM投资增加了一倍，这是通过消除劳动力成本和加快上市速度来改善生产的未来一步。由于采用了更轻、更透气的材料和更小的摩擦阻力，这款鞋的性能将会提高。唯一的缺点是可能产生的成本取决于执行的准确性。主要的重点是细致的设计。

向增材制造的转变

虽然快速原型已经成为多年来的首选方法，但它依赖于传统的制造工具和程序，生产准备和供应商支持。因此，这是一个耗时且昂贵的过程。相比之下，AM更注重制造和采购正确原材料的设计方面。3d打印机完成了设计的物理执行，从而创造出原型，这样的自动化过程大大缩短了周转时间。

系统集成商推动这些自动化过程。使用敏捷AM流程，自动化执行需要集成命令。集成商调节AM的各个组件，并自动执行原型的设计到交付之旅。

增材制造推广

在全球不同的工业化阶段，制造业始终是进步的动力。产品的常规生命周期包括引入、成熟、成长和衰退阶段。AM的“引入”阶段，像大多数产品一样，遇到了生产障碍、专利限制和高机器成本带来的困难。这导致了低收入、低市场渗透水平、高成本和低质量。

AM目前处于“增长”阶段，在各行业的消费者中获得了良好的接受度。在一个以“开箱即用”思维为特征的时代，企业正在寻求在实现卓越的同时降低成本的方法。

虽然传统的制造方法需要时间来取代，但这个球已经开始运动了。AM的诞生是为了加快设计可视化的需要。由于原型设计需要很长时间，业界寻求一种方法，可以减少原型开发时间，同时将更多时间用于复杂的设计。在设计思维和可视化方面的技术创新减少了对供应商和支持生态系统的依赖。随着花在设计和组件实验上的时间越来越多，技术水平也在提高，周转时间也在缩短。

AM的另一个值得注意的方面是它主要用于开发复杂和复杂的设备组件。例如，在航空航天领域，AM被用于开发燃料喷嘴等部件。这些都是关键部件，但没有大规模生产。在AM的帮助下，设计这些组件变得更加先进。简化设计也减少了这些部件的重量。所有这些都提高了性能效率并减少了库存。航空航天领域的一个关键参与者通过使用AM降低了95%的库存成本。

AM的关键方面是3d打印、快速原型和直接数字化制造。这些概念基于包容和协作的理念而蓬勃发展。虽然航空航天和汽车行业主要是为了优化设计效率和缩短生产时间，但医疗设备行业从AM的定制能力中获益良多。

根据Frost & Sullivan 2016年的报告，到2025年，汽车、航空航天和医疗设备行业将占3d打印市场的51%。从地理角度来看，亚太地区(APAC)的AM市场将在2015-2025年期间以18.4%的复合年增长率增长。中国将占亚太地区市场的70%。

设计一个新的范式

2017年，迈凯轮车队与明尼苏达州的Stratasys公司合作，该公司专门从事3d打印，为MCL32赛车生产参加2017年国际汽联一级方程式世界锦标赛的比赛部件。合作背后的理念是“轻量化”或拓扑优化，通过这种方式，Stratasys将为赛车生产轻质但耐用的部件。

另一个例子是，全球医疗设备制造公司Stryker Corp.一直坚定地致力于3d打印和制造医疗产品。一个价值929万美元的即时(JIT)植入物项目为癌症患者生产了定制的骨植入物。

由于AM在过去二十年中的发展，制造已经成为一个具有复杂几何形状和很少浪费的独特过程。将精力和专业知识集中在这种智能机器的工程设计上，将进一步改变制造业。AM正在成功地为各个部门生产各种原型。明天，它的原则将彻底改变制造业的格局。AM的独特优势消除了供应链中的许多中间步骤。AM应用的增加将进一步改变其应用的部门和行业的演变。

阿米特·查达是总裁兼执行董事，科技服务有限公司是CFE媒体内容合作伙伴。由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程、《媒体，mhoske@cfemedia.com．

关键词:三维建模，增材制造

加法制造降低成本。

快速三维原型推进AM和创新供应链。

系统集成有助于推进AM。

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