增材制造六個設(shè)計要素-如何降低制造成本,、提高效益

3D打印技術(shù)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(shè)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(shù)，企業(yè)是緊盯3D打印對制造成本的影響,，還是放眼全局,？

接下來,，將結(jié)合美國大型3D打印服務(wù)企業(yè)Proto Labs的應(yīng)用工程師所總結(jié)的增材制造六個設(shè)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(shè)計
精心設(shè)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(yīng)力的尖角,；無支撐的薄壁結(jié)構(gòu)不能過高,，否則會出現(xiàn)翹曲。請參考延伸閱讀：金屬3D打印-增材制造設(shè)計指南（上）

--2.拋棄傳統(tǒng)
典型的3D打印零件往往帶有仿生設(shè)計,，比如說蜂窩結(jié)構(gòu)或復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu),。不要害怕在設(shè)計時使用這種結(jié)構(gòu)，只要它們能夠創(chuàng)造出更輕,、更堅固的部件,。

不必忌諱在設(shè)計中使用孔狀結(jié)構(gòu)，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(fèi),，從而導(dǎo)致成本上升,。

但應(yīng)注意的是，在增材制造時,，尤其是選區(qū)激光熔融金屬3D技術(shù)制造圓孔時需綜合考慮是否添加孔洞的支撐結(jié)構(gòu)以及下表面可能會出現(xiàn)的變形情況,，有些情況下，考慮采用淚滴形或六角形等孔形結(jié)構(gòu)來代替圓孔是更好的設(shè)計方式,。請參考延伸閱讀：金屬3D打印-增材制造設(shè)計指南（下）

--3.綜合考慮零件大批量生產(chǎn)時的制造方式
3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自由造型,，為零件設(shè)計創(chuàng)新帶來了很大空間，比如說3D打印技術(shù)可以制造出具有很多孔洞結(jié)構(gòu)的零件,，但這并不意味著一定要這樣來設(shè)計零件,。

這是由于，很多企業(yè)認(rèn)識到3D打印技術(shù)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(jī)械加工、鑄造等傳統(tǒng)工藝,，在這種情況下,，設(shè)計師需要在設(shè)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(shè)計方案，從而在設(shè)計時做出權(quán)衡,。

在設(shè)計周期早期進(jìn)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(jié)構(gòu),，以防止零件卷曲和翹曲,，例如在使用選區(qū)激光熔融設(shè)備加工金屬零件時,，通常需要為懸伸結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的情況,。

打印中形成的金屬支撐結(jié)構(gòu)，在打印完成之后需要通過機(jī)加工等方式去除,，塑料支撐結(jié)構(gòu)需要通過手持磨砂機(jī)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(shè)計時應(yīng)考慮通過改變設(shè)計、改變零件擺放的等方式來盡量避免為零件添加支撐結(jié)構(gòu),。

--5.觀察公差
為了滿足金屬零部件對公差的要求,，有時配合使用機(jī)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(shè)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(dǎo)致打印時間和打印成本增加。延伸閱讀：金屬3D打印零件機(jī)械加工中的挑戰(zhàn)和解決方案,；3D打印后處理的“門道”

采用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計策略,，有時可以減少使用打印后處理工藝，比如說懸伸結(jié)構(gòu)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(xì)節(jié)特征，那么最好在設(shè)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(shè)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(jìn)行3D打印零部件設(shè)計時,，更應(yīng)緊緊抓住3D打印技術(shù)在實現(xiàn)復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)，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(shè)計優(yōu)化中所起到的作用,。延伸閱讀：3D打印實現(xiàn)輕量化的四種途徑

也就是說，面對3D打印技術(shù)時如果僅關(guān)注這項技術(shù)對于制造成本的影響,，而忽略掉全面考慮該技術(shù)在重塑產(chǎn)品設(shè)計和功能,，以及重塑供應(yīng)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
來源：3D科學(xué)谷