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Marc Saunders
雷尼紹全球解決方案中心總監，負責增材制造（金屬3D打印）應用的普及
人人都在談論3D打印技術將如何改變目前的制造環境，這項技術也成為了工業4.0創新浪潮的一部分，人們希望它能夠徹底變革現有的生產方式。這或許有點夸張，但增材制造 (AM) 確實昭示著生產力的巨大革新。
增材制造在每個行業的應用步伐取決于行業自身的特點 — 例如監管水平 — 以及現有及潛在的業界客戶對創新和風險所持的態度。毫無疑問，制造業市場蘊含著巨大的變革機會。但問題是，當機遇來臨時，您如何讓自己的企業立于不敗之地？
最好先思考一下，增材制造會給市場帶來什么樣的本質性改變，而您希望如何應用這技術來增強您的競爭力。階梯模型簡要介紹了應用增材制造的不同階段：
增材制造的生產效益
應用增材制造可能獲得的各種效益，包括在產品制造過程中累積的生產效益，以及在產品投入使用之后累積的長期效益。沿階梯上行時，在新產品設計和驗證方面的投入，及新制造工藝方面的投入都會上升，但獲得的效益也會隨之增加：
增材制造帶來的效益會隨著階梯的爬升而提高，因為能夠更多地利用到它所具有的獨特功能。這些功能應用越多，增材制造產品就越具有創新性和突破性，價值也越大。
那么這有什么實踐意義呢？您可以逐步應用哪些功能？接下來將重點介紹增材制造在階梯模型的四級臺階您可以發揮的功能。本篇先介紹第一個臺階0。
臺階0—快速原型制造和加工
這通常是許多公司開始應用增材制造的起點，即快速制造模型和工具，此時的產品設計尚未定型。在這一級臺階，有兩個增材制造功能可發揮作用：
a. 可重復的數控加工
增材制造是一種高度自動化的過程，在裝填好粉倉并啟動激光之后，整個加工過程便無需任何人工干預。因此，它可替代傳統的加工流程，提高生產成本效益，而加工結果的精度和可預測性也更好。增材制造在口腔領域的應用就是很好的例子，手工制作的模型被采用數字化設計并自動加工出的植入體替代。這是增材制造的內在特性，在階梯的所有階段都能獲得這些效益。
b. 隨形冷卻
這是一個可以成功應用于模具制造的復雜功能。隨形冷卻需要根據零件輪廓構建冷卻液通道，確保快速均勻的熱量傳遞。通道本身應設計成具有流暢的圓角，可避免冷卻液滯留而導致腐蝕，同時確保冷卻液能以較小壓降順暢流動。可將多條冷卻液通道設計到一個復雜模具中，每條長度相同，確保均勻冷卻。最終生產出的模具制造周期短、使用壽命長。
也可將隨形冷卻功能應用到產品本身，但這需要更改產品設計，在應用階梯模型中屬于最高一級臺階了。
臺階1 — 直接零件替換
我們在階梯模型中向上移動一級，來到零件制造階段，但這僅是對現有零件的復制。這里只有制造工序發生變化，而零件的幾何形狀并未發生改變。這個階段可實現增材制造的另外兩個功能：
a. 近凈成型制造
相較于切削式加工方法，增材制造的一個重要特性是，材料浪費非常少。我們要考慮批量生產，那么單位浪費率就變得十分重要。
在航空航天領域，BTF比率（原材料與成品零件之間的重量比值）是衡量加工效率的一個關鍵指標 — 在生產過程中，有多少原材料成為了切屑？增材制造是一種“近凈成型”工序，盡管通常仍需要一些后處理操作，用于確保成型體成功的必要支撐結構也屬于一種材料浪費。增材制造并非完美無瑕，但它帶來的優勢卻極具吸引力，GKN Aerospace就是一個例子：
b. 本地化生產
增材制造無需模具，能消除與模具制造相關的高昂固定成本，有助于提高小規模制造企業的經濟效益 —即使是一家小型企業，也能獲得成本競爭優勢，同時憑借臨近客戶的便利性，可提供更優質的服務。可借此機會革新現有供應鏈，或改造現有供應鏈以提高響應速度。
上部曲總結
本部分介紹了在增材制造應用階梯模型的前兩級臺階中增材制造的一些基本功能。下一分將完整介紹階梯模型的剩余臺階，深入探討一些更加高級的增材制造特性。
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