甘肅高鐵學校:3D打印大時代來臨

甘肅高鐵學校：作為21世紀最具創(chuàng)新性的前沿科技，3D打印集合了大規(guī)模生產(chǎn)和個性化制造的優(yōu)點，不少新研發(fā)和設計的產(chǎn)品，在驗證階段都需要制手板，那么手板的制作就需要小批量生產(chǎn)。此時，運用傳統(tǒng)的方法可能更耗時耗力，而運用3D打印技術能夠通過降低模具成本，減少材料，減少裝配，減少研發(fā)周期等優(yōu)勢來降低企業(yè)制造成本，提高生產(chǎn)效益。那么，是不是將原有的設計思維和對于制造成本的管控方式直接挪到3D打印這種增材制造方式中來就可以發(fā)揮出3D打印的優(yōu)勢了呢？面對3D打印技術，企業(yè)是緊盯3D打印對制造成本的影響，還是放眼全局？

美國某大型3D打印服務企業(yè)的應用工程師所總結的增材制造六個設計要素，來剖析如何才能夠減少3D打印帶來的額外制造成本，更好的發(fā)揮3D打印在降低企業(yè)制造成本和提高綜合效益方面的優(yōu)勢。

1、優(yōu)化設計

精心設計的3D打印零件遵循的許多原則與注塑成型相似，比如說：在相鄰表面之間使用漸變過渡；避免橫截面積和零件體積之間的差異巨大的情況；避免出現(xiàn)在成品工件上產(chǎn)生殘留應力的尖角；無支撐的薄壁結構不能過高，否則會出現(xiàn)翹曲。

2、拋棄傳統(tǒng)

典型的3D打印零件往往帶有仿生設計，比如說蜂窩結構或復雜點陣結構。不要害怕在設計時使用這種結構，只要它們能夠創(chuàng)造出更輕、更堅固的部件。

不必忌諱在設計中使用孔狀結構，因為通過傳統(tǒng)制造方式在零件中鉆孔無形中增加了材料的浪費，從而導致成本上升。

3、綜合考慮零件大批量生產(chǎn)時的制造方式

3D打印技術能夠?qū)崿F(xiàn)自由造型，為零件設計創(chuàng)新帶來了很大空間，比如說3D打印技術可以制造出具有很多孔洞結構的零件，但這并不意味著一定要這樣來設計零件。

這是由于，很多企業(yè)認識到3D打印技術能夠勝任零部件小批量生產(chǎn)，但是一旦企業(yè)所需要的產(chǎn)量大量上升時，仍需要考慮轉(zhuǎn)換成機械加工、鑄造等傳統(tǒng)工藝，在這種情況下，設計師需要在設計早期就綜合考慮零件將來投入量產(chǎn)時所采用的制造工藝是否也同樣能夠成功的實現(xiàn)出設計方案，從而在設計時做出權衡。

在設計周期早期進行可制造性（DFM）分析非常重要，做到這一點將確保企業(yè)在整個零件生命周期中實現(xiàn)具有成本效益的生產(chǎn)。

4、減少打印后的二次操作

部分3D打印工藝中需要為打印零件添加支撐結構，以防止零件卷曲和翹曲，例如在使用選區(qū)激光熔融設備加工金屬零件時，通常需要為懸伸結構添加支撐；立體光固化（SLA）3D打印中，也存在著需要添加支撐結構的情況。

打印中形成的金屬支撐結構，在打印完成之后需要通過機加工等方式去除，塑料支撐結構需要通過手持磨砂機等方式加以去除。但不論是何種去支撐的方式，都會增加成本，延發(fā)制造周期。因此設計時應考慮通過改變設計、改變零件擺放的等方式來盡量避免為零件添加支撐結構。

5、觀察公差

為了滿足打印零部件對公差的要求，有時配合使用機械加工等二次加工工藝是必要的，但過度追求公差要求將會對3D打印零件的設計和制造產(chǎn)生影響，比如說為過度追求精度而增加打印層數(shù)，從而導致打印時間和打印成本增加。

采用恰當?shù)脑O計策略，有時可以減少使用打印后處理工藝，比如說懸伸結構表面（下表層），通常比垂直壁面和朝上表面的表面光潔度差，如果要生產(chǎn)具有最佳精度的細節(jié)特征，那么最好在設計時將這些特征定位在零件的上表層。

6、顧全大局

雖然3D打印的材料成本、設備成本比成熟的傳統(tǒng)制造工藝高，但不要因此而望而卻步。

在進行3D打印零部件設計時，更應緊緊抓住3D打印技術在實現(xiàn)復雜輕量化結構，功能集成化零件方面的優(yōu)勢，盡可能激發(fā)3D打印在零部件設計優(yōu)化中所起到的作用。

也就是說，面對3D打印技術時如果僅關注這項技術對于制造成本的影響，而忽略掉全面考慮該技術在重塑產(chǎn)品設計和功能，以及重塑供應鏈方面的潛力，會使企業(yè)錯過3D打印創(chuàng)造的更多綜合效益。

以3D打印為代表的前沿科技正在帶領制造業(yè)和社會全產(chǎn)業(yè)鏈進入智能制造時代，但是這一過程注定需要用探索和創(chuàng)新、堅持與信念來構建。人們對3D打印的期許不只停留在打印小的物件上，打開廣闊的市場藍海才是3D打印的終極目標，因而只有打開縱深“突破口”，才能激活3D打印無限潛能，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟價值和社會價值。

甘肅北方技工學校（華山教育集團·軌道交通運輸學校）為國家級重點技工學校，學校開設有鐵道運營專業(yè)、國際郵輪專業(yè)、汽車工程專業(yè)、機電一體化專業(yè)、計算機應用專業(yè)、3D打印專業(yè)、學前教育專業(yè)、烹飪與酒店管理等專業(yè)。

學校代碼：329

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校址:甘肅省蘭州市七里河區(qū)文化宮華林路/p>