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从制造特点和产品周期分析3D打印相对于传统制造的意义

分类:
行业新闻
作者:
来源:
2018/10/27
【摘要】:
有内容有深度有态度欢迎关注尽管3D打印技术市场份额在持续增长,但当前技术上仍存在很多无法超越的局限性。

 

有内容 有深度 有态度 欢迎关注

尽管3D打印技术市场份额在持续增长,但当前技术上仍存在很多无法超越的局限性。

3D打印已经被用于大规模生产。波音公司已在16种不同的商用和军用飞机上使用了200多种、2万多个3D打印的飞机零部件;空客每个月正在对超过30吨的零件进行3D打印;GE计划在3年内累计打印2万个LEAP喷气发动机所需的燃料喷嘴。Stratasys则推出了专为持续生产而设计的创新性多单元增材制造平台,这可以推动3D打印实现更大批量生产。

 

Stratasys Continuous Build 3D Demonstrator为连续生产零件而设计,平台由一个模块化单元和多个 3D 打印子单元组成,并由基于云的中央架构驱动

 
3D打印在汽车、航空航天、医疗甚至电子和游戏领域引起了风暴,但我们已经认可3D打印并不会对传统制造带来威胁,更不会取代传统制造业这一现实,它是现代制造手段的必要补充,起到的是锦上添花的作用。
3D打印只是一种制造手段
 

汽车无疑是由多种金属材料制造而成,在制造过程中通常会用到铣削和折弯设备,似乎这样的生产步骤才符合传统,在不断循规蹈矩的生产中,制造商可能要面临销量不断增长而生产速度滞后的问题,此时按时完成订单比减轻重量和降低成本要来的优先。假设通过热固工艺进行塑料成型需要5分钟,而每年需要制造20万个零件,此时就不能单一的使用热固工艺,因为每年只有10万个5分钟。具备热塑性的材料适合于大批量生产,能够在不到1分钟内完成成型,为提高效率,要考虑制造工艺也要考虑材料

 

3D打印快速制造

 

3D打印可以打印复杂零件,并且在过去的几年中可打印的材料得到了极大扩展。然而,当需求达到数十万个零件时,更快的打印工艺往往能取得最终成功。近几年来在3D打印圈儿里面备受关注的技术便是Carbon的CLIP技术以及惠普MJF技术,前者将打印速度在同类型产品中提升了25-100倍,性能优异,众所周知的便是阿迪达斯用它来制作运动鞋鞋底;而惠普MJF技术则将同类型工艺打印速度提升10倍,打印的产品具有优异的性能和精度。

 

 

惠普MJF工艺打印的具有内置铰链的功能夹子

 

技术的突破无疑是伟大的,而且通过分析也发现更快的打印速度确实可以降低成本,但是如果要求3D打印像注射成型那样在1分钟内制造产品,3D打印则根本做不到。3D打印还是去干它应该干的事情:

 

 制造成本高昂:如果零件本身是较为复杂的几何形状或高昂的固定成本导致价格居高不下,又或者产品的批量较小,3D打印会是更具成本效益的方法。

 

 生产周期冗长:如果由于零件本身的生产时间造成高昂的停机成本,3D打印不失为一种不错的解决方案。 

 

 库存成本高昂:3D打印可以按需生产,降低库存成本。

 

 供应商单一:如果零件可以通过3D打印来制造,则无需与任何供应商周旋。

 

 远距离交付:当地域限制给零件交付带来困扰时,同地域内的3D打印则完全可以解决这一问题。

 

 进/出口成本高昂:现场3D打印生产同样也能消除原本高昂的进/出口成本。

 

 功能改进:3D打印能够通过重新设计零件来提升性能,由此将收获更多的利润及市场份额。

 

 

亚马逊3D打印在线服务

 

同时,麦肯锡也明确指出,3D打印会在五个方面产生颠覆性影响:

 

 加快产品开发;

 

 产生新的制造战略和工艺流程;

 

 利润来源转移;

 

 新功能;

 

 竞争方式转变。

 

3D打印无疑为那些通过缩短产品上市周期而获得竞争优势的企业,争取了更多在更新换代过程中的“时间”,这些优势同样也在渗透并影响终端用户的产品。通常,小批量、高价值、高复杂度的零件可能具备一定的优势,而对于耗费高劳动力成本的零件,3D打印可以减少或消除装配时间,并使构建过程自动化,从而减少整体成本。这些新功能可以用来改进零件的性能从而提升其价值。在Formlabs的一个案例中,3D打印降低了40%的零件总体成本。

 

 

 

全球最大的直升机制造商贝尔直升机 (Bell Helicopter)借助3D 打印技术改进了零件 内部整体的气流影响,并且能将零件的编号直接打印 上去。这在滚塑成形工艺里是无法实现。

 

3D打印另一重要应用便是在不增加成本的前提下实现产品的个性化定制,这当然也受到第三方需求的驱动。这一功能的实现无疑能够为公司带来收入的新增长点,同时也能减缓市场波动、季节性因素等造成的负面影响。在很多情况下,添加必要的安全警示,零件编号,在零件上附以标签说明的方式给出加工指令都能提供更多的工作便利。

 

个性化定制的眼镜框

 

3D打印所能提供的新功能也为设计提供了全新思路。由于传统铸锭加工或铸造技术的限制,零件形状比较单一,而3D打印则能在塑形方面一展所长。工程师需要以创造性的思维解锁3D打印技术的这些优势,譬如多个部件可以集成为一个,内部结构可以是复杂的几何形状等。

 

传统工艺生产液压模块效率低下,雷尼绍对路虎赛车上的液压零件进行了优化,采用3D打印制造实现了减重60%、整体性能提升20%的效果

 

3D打印的优势都将在带来新盈利点的同时降低成本,缩短上市时间,承担模具和制造工具的双重角色,甚至可以直接生产功能件。麦肯锡还指出,3D打印技术的渗透可以满足高度专门化的市场需求、零部件定制、快速交付或者一些深入的应用。今后,不少企业的竞争优势也将从先前以低成本、大批量的模式转向更注重价值链领域的方向发展。在这种情况下,3D打印技术将为需要在数秒内生产一个零件的需求提供支持,并将在应用领域遍地开花,但需要明确的是,从现在开始就应当重视3D打印的作用,也不可妄谈替代传统制造。

 

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