添加剂制造的优点和缺点 – 3D打印行业资讯网

在过去的二十年中，3D打印（AM）技术取得了长足的进步，从主要用于原型制作的利基技术到制造过程，有可能改变各种业务模型和价值主张。但是，尽管3D打印具有巨大的潜力，但它在某些应用中表现良好，但在其他应用中仍然停滞不前。

造成这种矛盾的原因不是技术本身的固有缺陷，而是诸如材料需求，生产规模，设计自由和经济可行性等因素之间的复杂相互作用。让我们看看为什么在某些情况下，添加剂制造能做得很好，而在其他情况下则挣扎。

添加剂制造的优势

添加剂制造的主要优点是能够生产高度复杂的自定义零件，而无需昂贵的模具，工具或复杂的设置。设计自由和小规模生产能力的结合使添加剂制造技术特别适合在传统制造方法中难以实现的应用。它的主要优势是：

1。自定义和复杂性

3D打印可以生产具有复杂几何结构的产品，几乎不可能使用传统方法（例如注射成型或加工）制造此类产品，或者制造此类产品的成本太贵了。这在航空航天，医疗设备和汽车等行业中非常明显。这些行业通常需要具有高性能要求的复杂零件。

以航空航天业为例。 2017年，通用电气（GE）成功地使用3D打印技术为LEAP发动机开发了燃油喷嘴。在传统的制造工艺中，喷嘴由20个单独的部分组成，而通过3D打印技术，喷嘴仅需要一个部分，从而提高了性能和成本。组件的内部几何形状很复杂，可以使燃油流和冷却更好，这对于传统方法很难。

同样，在医疗领域，3D打印技术也彻底改变了定制假体，植入物和手术指南的制造。根据CT扫描或MRI成像，根据患者独特的解剖结构来定制设备的能力达到了传统制造无法提供的个性化水平。

2。添加剂制造和迭代

添加剂制造的迭代性质也使其成为快速原型制作的绝佳工具。这对于产品设计正在迅速开发或需要持续改进的行业（例如用于消费电子产品或汽车设计的产品开发）尤其重要。

3D打印可以减少从概念到物理原型的时间，从而可以进行更快的测试，反馈和修改。它还消除了对昂贵的工具或模具的需求，从而大大减少了尝试新设计的障碍。例如，诸如福特和宝马之类的汽车公司使用3D打印技术快速生产汽车零件的原型，缩短开发时间并提高新型号的市场速度。

3。供应链灵活性

在供应链中断的情况下，添加剂制造可提供有价值的灵活性。在Covid-19大流行期间，当传统制造资源无法满足需求时，许多制造商转向了3D打印技术，以生产关键的医疗用品，例如面罩，呼吸机零件和个人防护设备。

此外，3D打印可以支持分布式制造，从而使最终用户的按需生产能够按需生产。这可以改变面对漫长的交货时间和高运输成本的行业的游戏。例如，航空航天公司使用3D打印业为偏远地区或现场运营生产备件，从而减少了对全球供应链和相关风险的依赖。

添加剂制造的弱点

尽管这些添加剂制造具有这些令人信服的优势，但它并不是一个千篇一律的解决方案。它存在一些局限性，它不能成为广泛应用程序的理想选择，尤其是在高量生产环境中或需要特定材料特性的零件。添加剂制造面临的一些关键问题包括：

1。物质限制

尽管3D打印业在材料科学方面取得了长足的进步，但与传统制造过程相比，它仍然面临着巨大的局限性。例如，添加剂制造通常使用钛和铝等金属，但其材料特性并不一定要实现传统方法（例如铸造或锻造）产生的材料的性能特征。

在关键应用中，3D印刷金属零件的热性能，强度，疲劳阻力和表面饰面通常无法满足要求。这就是为什么添加剂制造在重工业中不太常用的原因，例如汽车发动机块的大规模生产或土木工程大型结构零件。在这些情况下，传统方法（例如压铸或加工）仍然占主导地位，因为它们可以使用具有出色机械性能的更多材料。

2。大规模生产的速度和成本

尽管3D打印业在生产小批处理和复杂零件方面表现出色，但很难扩大大规模生产。与传统方法（例如注射成型或冲压）相比，添加剂制造工艺（尤其是金属3D打印）通常较慢，每件成本较高。

例如，塑料零件可以是高速模制的，成型后成本低，而相同零件的3D打印可能需要数小时甚至几天，具体取决于零件的大小和复杂性。单个传统方法的成本随着产出的增加而降低，而在超过一定的低收益阈值后，单个添加剂制造的成本保持相对稳定。因此，对于规模经济至关重要的应用，添加剂制造不是一个不错的选择。

以汽车行业为例，需要数万个相同的部分。添加剂制造成本昂贵且设置缓慢，这意味着传统的制造方法通常更具成本效益，除非设计非常复杂或需要定制。

3。表面处理和治疗后

尽管3D打印可以产生复杂的几何形状，但零件的表面处理通常需要后处理。根据所使用的技术，无论是DED，SLS还是FDM，零件通常都具有明显的层，粗糙的纹理，或者需要其他表面处理步骤，例如删除支撑，抛光或抛光或涂层。

对于需要极高表面平滑度的消费电子设备或医疗设备等行业，此问题尤其重要，因为即使是小缺陷也会影响产品的功能或美学。在这种情况下，对后处理的需求可能会抵消添加剂制造的一些优势，尤其是在时间和成本方面。

不同商业模型中的价值主张

添加剂制造的成功或失败通常取决于它与应用行业的业务模型的匹配程度。在某些行业中，添加剂制造的优势，例如定制，设计自由和快速原型制作完全符合业务需求。在其他行业中，基于大规模生产和规模经济的传统制造模型仍然占主导地位。

1。大规模定制和小批量制造

对于小批量生产或定制至关重要的行业，添加剂制造提供了令人信服的价值主张。例如，在医疗设备制造领域，添加剂制造可以为患者生产植入物和假肢，这与个性化医疗的发展趋势非常一致。航空航天和国防行业也是如此，因为这些行业通常需要独特的零件或小批量生产。

这些行业受益于添加剂制造提供的灵活性和设计自由，即使该过程比传统的大型制造业更昂贵。自定义，功能和性能带来的附加值通常证明单个零件的成本更高。

2。供应链中断和按需生产

添加剂制造是面临供应链中断或物流挑战的行业的强大工具，从而使本地生产和按需零件制造。采用该模型的公司放弃了及时的库存方法，选择了更加多元化的模型。

例如，可以使用3D打印技术在现场生产航空航天或军事应用中的备件，从而减少了大量库存的需求，并由于零件短缺而最大程度地减少了停机时间。对于具有广泛全球供应链的企业，这种按需生产重要组成部分的能力在降低成本和降低供应链风险方面具有显着优势。

3。简单和大型零件的质量生产

在需要大规模生产简单零件的行业中，添加剂制造很难提供任何实际收益。在批量生产中，随着生产规模的增加，单位成本通常会下降，因此添加剂制造的经济性变得不利。

以消费品行业中注塑成型零件的生产为例。对于宝洁公司或联合利华等公司，数百万个简单的塑料瓶或帽子的大规模生产非常适合注射成型。注射模型的模具最初可能更昂贵，但是一旦制造了模具，生产速度和单位成本将远低于3D打印。模具可以快速生产数百或数千个零件，而单位成本只是使用3D打印商打印相同零件的一小部分。

此外，模制零件的表面饰面和一致性通常超过3D打印，而3D打印的后处理要求通常会增加额外的时间和成本。在大规模生产中，添加剂制造相对较慢，材料成本很高，因此传统方法的成本和产出都具有更高的价值。

4。低精度工业组件

在精确要求不高的某些工业应用中，3D打印技术可能无法以有竞争力的成本提供必要的绩效。当零件的高精度或几何形状太复杂而无法使用传统的制造方法时，3D打印技术将显示出其优势，但对于仅满足基本机械要求的简单零件来说，它似乎是无能的。

一个典型的例子是制造低精度工业组件，例如在建筑机械或农业设备中使用的某些结构组件。这些组件可能需要达到强度和耐用性的基本标准，但是它们不需要3D打印可以提供的复杂设计或定制。

对于这些部分，诸如锻造，冲压或铸造之类的传统制造方法更具成本效益。这些过程使耐用的简单零件可以以3D打印成本的一小部分生产。就铸件而言，材料成本和生产时间通常很低，并且组件能够进行大规模生产，因此对于需要耐用性但不复杂性的行业来说，此过程更加经济。

结论：战略方法

为了了解为什么3D打印技术在某些应用中表现良好而在其他应用中不满意，关键是将技术与公司的特定需求相结合。

3D打印不是通用的解决方案，而是一种高度专业化的工具，在某些情况下具有独特的优势。需要定制，复杂性和快速原型的行业是3D打印的理想选择，而专注于大量，成本敏感的生产的行业仍然依赖传统的制造技术。它将始终与传统制造技术并存，并有效地对其进行补充。