使用3D打印減少零件數量：優(yōu)勢在哪？

導讀：3D打印的出現能夠讓人們在制造時減少相當可觀數量的零件,，也促進了零件一體化制造,。

美國宇航局和其他公開研究表明，例如,，在火箭發(fā)動機中,，80個部件可以減少到3個,。同樣，通用電氣宣布利用12個3D打印部件取代Catalyst渦輪螺旋槳發(fā)動機上的800個部件,。盡管如此,，但大眾似乎還不夠了解為什么減少零件數量對于最終產品和制造如此有利。

△NASA和Rocketdyne的Baby Bantam 3D打印火箭發(fā)動機將零件數量從幾十個顯著減少到3個,，同時加快了開發(fā)時間并降低了成本。

總的來說,，如果減少裝配中的總組件數量,，我們可以看到無數優(yōu)勢。例如,，可以通過省去緊固件,、膠水和材料來高效生產更高性能的最終零件。更少的緊固件和功能零件數量意味著組件的整體重量將更輕,。而一體化的出現也會以多種方式改變制造方式：以更低成本打印組件,，更少的機器時間來制造。

另外,，3D打印迭代設計在更改或開發(fā)新設計方面將更便宜,，同時也更快。例如,，存儲零件集所需空間減少為單個零件的存儲空間,；所有零件都可以單獨制作，更好地集成而非離散工作,。在整體上,，更少的零件也減少了許多其他變量，比如更少的表面積和更少的整體后處理表面,，更少的處理成本,，機器工時更少，進而降低成本,。QA和QC過程中的處理也將變得更少,，這使得需要測試的零件更少，降低成本并加快測試過程,。同時,，一體化制造減少了工具的使用量，使Buy-to-Fly比率得到改善,。

△GE Catalyst是世界上第一臺采用3D打印組件的渦輪螺旋槳發(fā)動機，新型的結構設計因為3D打印降低了制造復雜性,，它將此前通過傳統工藝制造的855個零件經過結構優(yōu)化減少為12個部件,，零件數量的減少極大提高了生產效率，并將發(fā)動機的重量減少了5％,，燃油效率提高了1％,，這顯示出3D打印集成制造優(yōu)勢。

通過減少材料用量來減少的組件數量對于整體的影響將更加復雜,。比如,，移除緊固件、一體化和改變零件形狀等能夠從根本上改變最終零件外形,。由于零件更少,、質量更輕和制造集中化，運輸成本也降低了,。更少的材料,、運輸和機器時間還可能會導致更少的排放和更少的能源使用量，從而提高整體可持續(xù)性,；而更少的零件,、工具和材料在總體上也會降低存儲成本，這大大地減少了存儲時間和工廠存儲面積的需求以及相關輔助費用,。3D制造在資本上的節(jié)約還不止于此,。在新產品問世之前，使用3D打印能夠在工具,、備件上投入更少資金,，需要時還可保留工具。備件的資金減少進一步降低了倉庫,、人員操作等成本,。

△中框組件由過去的300個零件優(yōu)化為一個

從零件角度來看，3D打印能夠更快地重新設計零件,，且不需要更改工具,。同時，重新設計零件也變得更加便宜,、快捷,。通過分布式生產方式，還能從空間角度上簡化倉儲和物流,。然而,，零件一體化意味著最終生產的部件將更大，也更復雜,，因此在它們損壞時,，替換時零件生產商所收取的費用也會增加。這或許對用戶來說不具有優(yōu)勢,，但好處卻能夠使操作員在MRO和更換備件時易于操作,�,；�于這一點，MRO和備件服務商可能會通過銷售更昂貴的零件和更簡單的操作方式來賺取更多利潤,。

3D打印的出現使設計迭代變得更加快速,、容易，特別是可以在一個新部件中處理對其他部分的影響,。伴隨著運輸成本的減少,，供應商的訂單風險也相對降低。新產品所需的現金流和資本支出減少能夠使相關公司更快速地響應市場,、更改產品以滿足新的競爭對手,、利基市場或應用。這意味著未來的產品更新速度將會更快,，成本更低,。

△一體化使制造效率提升

更少的零件意味著更少的服務成本，更換零件所需時間更少,，使得總體停機時間也更少,，這可以減少維護成本。由于重新設計的成本更低,，一些公司可以在使產品版本方面更加大膽,，或在提高質量方面承擔更多風險，這能夠變相刺激產品組合,、專利以及技術的不斷發(fā)展,。而裝配時間和步驟的減少能夠降低操作人員的失誤率，還可以消除緊固件,、膠水和材料相互干擾的風險,、減少材料故障，而整體生產速度也大大加快了,。另外,，自動化流程能夠為制造業(yè)提供更高的可靠性和可重復性，同時還可以排除認為因素的干擾,。這將縮短未來的新產品的上市時間,，使相關企業(yè)在未來市場上更具有競爭力。