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3D打印重塑“快速原型” 或将彻底改变制造业格局

来源:控制工程网2020.09.07阅读 8580

  随着最近行业和技术的进步,创新者们正在利用增材制造(AM)实现库存成本的大幅削减。企业在如何看待制造愿景的重构方面,发生了巨大的变化。增材制造在帮助全球的原始设备制造商(OEM)迎合世界各地不同行业和市场需求的同时,已将其范围扩展到快速原型制作之外,并且系统集成商也在致力于帮助工程、自动化和系统的集成。这种转变归因于增材制造具有制造复杂设计零件的卓越能力,降低制造材料损失的成本,减少因兼容性受限而进行的装配以及对机械和配件的需求。
  快速原型向3D打印的发展以及相关创新正在扩展工业模式,其范围已超出人们的想象。如今,汽车航空航天、建筑、消费产品、医疗保健、食品和制造业等工业领域,对增材制造及其应用的需求越来越大。
  令人难以置信的是,自1981年日本的Hideo Kodama博士首次发表他的功能性快速原型系统报告并申请了专利以来,“快速原型”已经存在了35多年了。 从那时起CONTROL ENGINEERING China版权所有,快速原型制作已成为第四次工业革命(工业4.0)中最大的技术颠覆者之一。
  根据市场咨询公司Frost & Sullivan的一份研究报告显示,增材制造从2015年到2025年的复合年增长率(CAGR)有望达到15%。报告和数据预测CONTROL ENGINEERING China版权所有,增材制造的市场价值将从2018年的80亿美元增长到2026年的230亿美元以上。一家总部位于美国加州估值25亿美元的初创企业,创建了世界上第一款通过订阅模式部署的增材制造硬件,以帮助用户更加轻松地将3D打印解决方案应用到数字化制造中。
  降低更多成本
  原型设计并不是一种新出现的技术观念,它最初的愿景是最大程度地减少制造生态系统和供应链成本。随着新技术对业务转型的干扰,制造业的未来依赖于更多元化的原型应用专家网络。这样做的目的是节省更多时间和资源,并减少误差和缺陷。这一愿景促使全球企业专注于增材制造的概念。
  美国运动服装巨头耐克的未来愿景是将设计卖给客户,然后客户可以自行在家3D打印鞋子。耐克及其一些竞争对手,对鞋类领域增材制造的投资增加了一倍,这是面向未来的举措,可以通过消除人工成本,加快产品上市速度来提高产量。鞋的性能将由于使用了更轻、更透气的材料和更少的摩擦阻力而得到提高。唯一的缺点是取决于执行的准确性,这可能会增加成本,重点是精心的设计。
  向增材制造的转变
  尽管多年以来,快速原型制作已成为主流的方法www.cechina.cn,但它依赖于传统的制造工具和程序、生产准备情况以及供应商支持。因此,这是一个耗时且昂贵的过程。相比之下,增材制造则更侧重于原材料的采购和生产制造的设计方面。3D打印机完成设计的物理过程以创建原型,这样的自动化过程可以缩短周转时间。
  系统集成商也推动了这些自动化过程。对于敏捷的增材制造流程CONTROL ENGINEERING China版权所有,自动化执行需要集成命令。系统集成商调节增材制造的各个组件,并自动执行原型从设计到交付的过程。
  加速发展的增材制造
  在全球工业化的各个阶段,制造业一直是进步的动力。一般来说,产品的生命周期包括导入、成长、成熟和衰退4个阶段。像大多数产品一样,增材制造在“导入”阶段也受到生产障碍、专利限制以及机器成本高昂的困扰。这导致行业初期的利润低、市场渗透率低、成本高和质量低。
  增材制造市场目前处于“成长”阶段,已获得各行业用户的好评。在开箱即用的思维方式时代,增材制造企业正在寻求降低成本,同时为用户提供性能卓越的解决方案。
  尽管传统的制造方法,需要经过一段时间才能被替换,但是这个趋势已经势不可挡。增材制造是出于加快设计可视化的需要而诞生的。由于原型制作花费很长时间,业界寻求一种可以减少原型开发时间的方法CONTROL ENGINEERING China版权所有,同时将更多的时间投入到复杂的设计上。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。由于投入到设计和组件试验中的时间多了,精巧度增加了,周转时间也减少了。
  增材制造的另一个值得注意的方面,是它主要用于开发复杂的设备组件。例如,在航空航天领域,增材制造被用于开发燃料喷嘴之类的组件。这些是关键部件,但没有大规模生产。在增材制造的帮助下,设计这些前沿的复杂组件变得更轻松,不但简化了设计,还减轻了这些零件的重量。所有这些都可以提高性能效率并减少库存。航空航天领域的一些领先企业,通过使用增材制造技术使库存成本降低了95%以上。
  增材制造的关键领域包括3D打印、快速成型和直接数字制造(DDM)。这些概念在包容性和协作性思想中蓬勃发展。对于航空航天和汽车行业来说,增材制造主要是为了优化设计效率和减少生产时间,而医疗设备行业却从增材制造的定制功能中受益匪浅。
  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,将占据3D打印市场的51%。从地理范围看,在2015-2025年期间,亚太地区(APAC)增材制造市场的复合年增长率为18.4%。中国将占亚太地区市场的70%。
  工程应用的新范式
  2017年,迈凯轮车队与专门从事3D打印的Stratasys公司合作,为MCL32生产可用于比赛的零件,以参加2017年国际汽联一级方程式世界锦标赛。合作背后的想法是“轻量化”或拓扑优化,Stratasys公司通过这种方式为赛车队成功生产出轻巧但耐用的零件。
  在另一个案例中,全球医疗设备制造Stryker公司坚定地致力于其3D打印和制造医疗产品的承诺。一个价值929万美元的即时(JIT)植入物项目可实现为癌症患者生产定制的骨植入物。
  得益于增材制造技术的发展,制造已可以完成具有复杂几何形状和极少浪费的独特工艺。将精力和专业知识集中在此类智能机器上进行工程设计,将进一步改变制造业。增材制造成功地为各领域生产了各种原型设备,未来,其规则或将彻底改变制造业格局。
  增材制造的独特优势消除了供应链中的许多中间步骤。越来越多地采用增材制造,将进一步改变其应用领域和行业的发展。(作者:Amit Chadha)

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