企业用户相比于个人用户,对于打印的数量往往有更高的要求;不同企业用户的需求也随行业特征和产品需求而不同。并非一成不变的3D打印条件能应用于所有的生产。作为增材制造领域多年研发和应用推广领域的专家,Anisoprint致力于为每一位用户提供的不仅是技术设备,更是多年经验而来的建议。3D打印是否真正适合?怎样保证实际绩效和产出最大化?对于意在将增材制造结合已有生产规模的企业,如何利用3D打印增加最大的经济价值是尤为重要的。本文Anisoprint专家将从10个方面提出建议。

1、想要提高生产率,传统模式与增材制造的抉择和产量绝对相关

有一个著名的生产量/成本图表,将3D打印与传统大规模制造进行比较:

可以看到,在3D打印制造中,零件的生产成本与生产量无关;而对于大多数传统制造业,生产成本随着数量大幅提升呈现指数级下降。随着生产数量的增加,在达到特定的生产数量时(交叉点)后,3D打印相对于传统制造不再有成本上的优势。由于产品的不同,这个数字并不是特定的点,平均而言,约为1000-5000件/年。由此可见,3D制造适用小批量生产的高精度创新工业产品应用。

其次,Anisoprint专家引进了本地化制造“微型工厂”的观念来尝试解决这一问题。因为,只有当制造方式从集中式制造(Gigafactory)转变为本地化制造——微型工厂(microfactory),大批量的3D打印制造才具有优势。这里Anisoprint专家举了英国电动汽车初创公司Arrival的例子,以高度自动化的本地化微型工厂加工来降低电动汽车的制造成本.。微型工厂使得生产过程更加方便、灵活。

(视频资料:https://www.youtube.com/embed/_X9ge_W_ZPA?feature=oembed )

2、按需制造为3D打印提供即时制造优势

目前,大部分已有生产线的3D打印产品集中于小批量的生产。因为,对于某些产品,不需要或者不可能进行大批量生产,以体现3D打印优势。

常见产品包括:​(私人)医疗设备、用于调试的原型开发、工装夹具与固定装置、备件、已停产部件等。

3、切片软件的重要性——减少成本,提高效率

3D打印离不开建模工具,这对于最终打印件尤其重要。合适的设计可以显著降低3D打印成本、生产时间和效率。并非专为3D打印设计的软件则表现不佳。

Anisoprint开发了专有切片软件:Aura。它允许创建各向异性结构的设计,并使用自定义多材质填充增强零件的内部结构。另外,全面的在线课程,用于满足使用者不同程度的学习需求。

4、关于“行业认证”

由于种类和功能的不同,3D打印设备的零件、材料和工艺都需要认证。大多数原型开发和机床工具不需要认证,但是在某些情况下仍有可能需要认证。设备本身的认证也从简单的电气设备认证(欧盟CE或美国UL)到更复杂的工业设备认证都有。认证过程大多数很快,有些情况下需要耗费巨资和长达几十年时间(如客机部件)。这使得“认证”更多倾向于被归类为一种行政问题而非技术问题。

5、根据材料特性不同,合理取舍

(1)机械性能
在载荷条件已知且受力强度高的情况下,材料强度很重要。有些应用领域会遭受未知或不可预测的载荷,例如塑料零件可能在冲击或磨损下断裂,因此金属或复合材料是首选。增加厚度将增加强度、重量、材料使用量和打印时间,这是优化成本和生产时间的一个非常重要的参数。

高密度低重量对于轻量化组件很重要:用于航空航天、汽车、医疗应用、搬运零件等。碳纤维增强聚合物(CFRP)在所有结构材料中具有最高的比强度,比金属高出10倍(仅限于连续纤维或称之为长纤的材料)。而短切纤维填充聚合物的比强度与未增强的聚合物大致相同。

刚度是另一个重要的材料特性。它可以表现为杨氏模量或可变形性。刚度更多地取决于结构(几何、惯性特质),而不是材料本身。短纤维填充聚合物的弹性模量通常是未增强聚合物的1.5 – 2倍。
此外,短切纤维在表面韧性方面表现强劲。至于塑性——这种对于冲击或冲击载荷极为重要的性能——向聚合物中添加短切纤维会降低其塑性,使其变得更脆,但由于其他影响,短纤维仍能很好地吸收冲击。

(2)热性能
当温度变化时,材料表现会有所不同。通常,随着温度的升高,强度和刚度会降低。在低温下,刚度增加,但材料可能会变得非常脆。在特定温度下,材料将开始流动、燃烧或降解。导热性是另一个重要的热性能。通常,金属是良好的导热体,因此它们适用于散热器或传热应用。聚合物通常不导热,所以更适合隔热。

(3)物理特性
物理特性包括耐光、防潮、抗辐射、耐腐蚀、抗菌等。选择3D打印时,需注意物理特性也可能因应用领域不同而异。而聚合物的物理性能最为广泛。

(4)化学特性
化学特性包括对某些介质(如溶剂、燃料、润滑剂、酸等)的耐化学性,以及粘合剂特性。聚合物就耐化学性和粘附性能而言,也可以提供多种选择。阻燃性也很重要。大多数聚合物比较易燃,这在某些打印场景下是没有优势的。当然,也有“0”级不易燃聚合物。

(5)电磁特性
大多数金属是导电的,而聚合物不是。碳纤维具有导电性,因此将其添加到聚合物中可以形成导电化合物;玻璃纤维不导电且不透光。重要的是,要考虑该技术或机器是否可以处理满足应用要求的材料。如果应用需求广泛且开放,最好考虑开放式系统,允许使用第三方材料。

(6)工艺性能
这包括材料或技术是否需要对原材料进行某些处理或预处理。例如,大多数聚合物会吸收水分,而水分含量高会直接影响打印质量,因此需要对材料进行预干燥。

6、公差、表面平滑度和后处理的影响

打印设备、材料和工艺都可能导致公差。就打印表面而言,打印件侧面几乎总是有可见的层结构,这是因为层的不同厚度会使它们或多或少可见。SLA或SLS层厚可以薄至10-50微米。对于FDM技术,表面光洁度还取决于层厚度(厚度公差)和材料特性,其层厚度选项变化,可以从10微米到几毫米甚至几厘米。

如若层厚太薄,在改善表面光洁度的同时会显著降低生产率。大型FDM打印机可以使用10毫米喷嘴和6-10毫米层厚打印,生产率可达200千克/小时。而高公差FDM机器可以用0.1毫米的喷嘴打印极薄的层——以生产率下降到每小时1克为代价。

此外,还可以进行后处理。有几十种后处理技术可用于不同的打印需求,如砂磨、滚磨、切割、涂层、化学抛光技法等。

7、可持续服务和后续维护的重要性

这与系统可靠性和故障间隔时间密切相关。大多数3D打印设备型号较新,所以系统可靠性需要时间去验证。及时提供售后服务、备件,配备有资质的服务技术人员和客户支持的响应性都非常重要。

8、封闭系统与开放系统

市面的打印设备一般分为封闭系统和开放系统。封闭系统只允许使用制造商提供的材料。这种系统可以确保高质量和提高可重复性,但明显劣势是材料的选择有限,且价格高于市场平均水平,承担供应链风险。

在Anisoprint,开放的系统在可用材料方面给用户留下了更多选择:竞品多样化带来了价格的下降,同时其供应链也是多样化的;更重要的是,其为科研用户提供了多样化选择。但同时,开放的材料也带来了用户试错成本的增加。

9、不要低估桌面级或工业级的基础设施需求

不同的打印设备和技术对生产环境和设施的要求是不同的。一些科研和学校场景可能需要低能耗、办公友好型的设备,桌面级设备较为合适;而全天候的工业场景下则需要工业级设备,这类设备可在有特殊气体、高温、高压甚至条件苛刻的场景下运行。

10、为掌握新技术,需充分考虑易用性

与传统机械制造技术相比,虽然3D打印技术需要一定的知识和技能,但是操作入门相对较为简单。在学习新技术的过程中,尤其要注意关键参数的记忆。

总体而言,可以说3D打印培训门槛“亲民”,相对于传统制造业培训所需时间成本和人力成本都大大降低,具有人力资源和成本优势。

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