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金屬3D打印擁有的巨大潛力足以顛覆傳統的產品設計和制造方式；它有助于推動有價值的產品創新，為開創全新業務模式創造機會。本文將探討增材制造將給市場帶來哪些實質性的變化，以及企業應采取何種措施來引領這場制造技術的革命。

上一篇介紹了增材制造應用的階梯模型的前兩級臺階，在本文中，將繼續介紹更上方的兩級臺階。

臺階2-零件集成

這是開始改變產品設計的第一步，以便充分利用增材制造能夠加工復雜形狀的特性。在這種情況下，希望通過將多個零件集成到單一且完整的加工件中，精簡產品中的零件數量。這一級臺階，有三個增材制造功能可發揮作用：

a.多特征部件

增材制造允許為部件設計細節特征，然后只需一次操作便可完成加工，無需額外的流程步驟。可消除工藝的復雜性，轉而將其注入到零件中。

將多個加工步驟合并為單一的增材制造操作，自動加工出的單一加工件便可替代復雜的裝配流程，降低模具成本、縮短總加工時間以及縮短交貨時間等。

b.消除結合點

在產品設計中，對傳統制造過程無法一次完成的復雜形狀，需加入接合點。接合點是指配對特征、緊固件、插頭、墊片和密封圈等。它們會增加產品的零件數量、重量、加工和裝配時間，也會導致產品結構中出現薄弱環節，各部件之間匹配不佳，埋下故障和性能隱患。因此最好避免接合點！

增材制造可在一次操作中加工出復雜形狀 — 例如下圖所示的扭曲狀波導管，有助于節省裝配成本，提高長期使用效益。

c.連環結構

可在一次增材制造過程中生產具有連環結構的部件，無需進一步裝配操作。如此可制造出外觀整潔、極具吸引力的多功能零件。

臺階3—DfAM優化

到達階梯頂部可利用最為高級的增材制造功能。運用增材制造專用設計 (DfAM) 原理，充分利用其帶來的設計自由，獲得創新、定制的解決方案。

a. 空心/多孔結構

傳統方法生產的許多零件為實心結構，盡管空心結構的強度并不遜色，但傳統加工方法費時費力，成本昂貴。增材制造通過單一加工過程輕松加工出空心結構，材料使用少、加工時間短。例如網狀結構在保持強度的同時，重量減輕50%。

b. 拓撲優化

拓撲優化也可減輕零件重量，原理是定義相鄰結構的接觸面及其所承受的載荷。考慮這些載荷對材料產生的應力，并去除應力最小區域中的材料，只保留能以最有效方式傳輸指定載荷的區域中的材料。

以下為空間探測設備使用的一支架，其重量是極為關鍵的因素。通過拓撲優化，支架變為空心結構 —“命運之手指”—重量減少了三分之一，設計和生產時間也大大縮短。

c. 增強美觀性

增材制造技術讓我們能隨心所欲地設計各種不尋常的天然形狀，生產出創新且富有吸引力的產品，例如珠寶。

d. 增加表面積

承載接觸面需較大的表面積，以確保良好的附著性。骨科植入體尤其如此，醫生希望提高金屬植入體和鄰近骨骼間的相容性，確保二者穩固接合，盡量防止出現“應力遮擋效應”，避免后續手術修復治療。大面積接觸表面，還有利于提高金屬與復合材料之間的接合強度。

e. 提高傳熱性

設計新型熱交換器是增材制造技術的一個重要應用。為最大限度提高一種液體與另一種之間的換熱效率，熱交換器內部應具有大量復雜的微型薄壁管道和二次表面。增材制造能經濟高效地加工出內外部細節特征，產品性能更高，重量更輕。對賽車、公路車輛及綠色能源產品設計具有明顯優勢。

f. 高強度合金

某些合金材料具有理想的熱屬性和機械屬性，但加工難度大，實際應用受到限制。增材制造本質是熔接過程，只要能將合金“霧化”為粉末，就可使用激光技術加工材料。

g. 微型結構材料

增材制造可加工出精細的網狀結構，為生產具有特定屬性的金屬“泡沫”創造了機會。此類微型結構材料經過設計可具有各向異性的屬性 — 例如不同平面具有不同的剛性和導熱性。標準和定制的微型結構材料為生產輕質、高性能產品開啟新的機遇。

h. 按照物料清單進行生產

增材制造無需刀具，模具，可將不同產品組件的制造過程集成到單一的加工工序中，一次性制造所有主要組件，對其進行后處理并完成組裝。有助于簡化生產調度、減少庫存。還可有選擇地將其與本地化生產，大規模定制相結合

我們為全球第一輛3D打印山地自行車制造的車架就是個應用典范。

i. 大規模定制

只要有想要制造零件的CAD模型，無論是制造與之前完全相同的零件，或有稍許差異，使用增材制造在成本和加工時間方面幾乎沒有差別，能以經濟實惠的方式生產定制零件。雷尼紹的種植牙業務每天要根據不同口腔技工所的設計文件，制造形狀各異的修復體。這些修復體可在一次加工過程中完成，降低成本。

定制化零件能更好適應其應用環境，安裝更簡便、使用效果更好，從而能提供更高價值的服務。當定制化生產與增材制造的其他特點相結合，便擁有了顛覆傳統大規模生產模式的力量。

希望這篇文章可幫助您分析增材制造將對市場產生的深遠影響，并思考您應如何應對以便引領行業變革。