通過 3D 打印推動商業(yè)和公共交通的可持續(xù)性發(fā)展

導讀：隨著近兩年大流行疫情的蔓延，我們開始逐漸意識到經(jīng)濟的可持續(xù)性是多么容易受到干擾,。它對供應鏈和全球經(jīng)濟的負面影響如此之大,，以至于各國政府都在實施各種舉措，努力扭轉(zhuǎn)這一趨勢,。例如,，拜登總統(tǒng)的增材制造推進計劃（AM Forward），印度的增材制造國家戰(zhàn)略（AM）,。

在全球范圍內(nèi),，商業(yè)和客運，如卡車,、公共汽車和鐵路,，也成為這一趨勢的受害者。由于需求減少,、勞動力短缺和供應鏈延遲,，這些行業(yè)正處于深度低迷之中。其中許多制造商已經(jīng)開始實施定制的產(chǎn)品配置,，以保持競爭優(yōu)勢,，然而，他們提供這些產(chǎn)品的能力已經(jīng)深受影響,。約翰迪爾阿根廷公司總裁的安東尼奧-加西亞說："沒有比不能及時制造的零件更昂貴的零件了,。“他和目前的許多人一樣,，承認需要實施更敏捷的產(chǎn)品創(chuàng)新和靈活的制造工藝,，以保持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，并保證在這個新的大流行疫情后期現(xiàn)實交易中的業(yè)務增長,。

貨物運輸和乘客過境的大幅減少迫使商業(yè)貨運公司和公共交通運營商停放他們的大部分資產(chǎn),。他們現(xiàn)在有能力讓這些資產(chǎn)重新投入運營，但發(fā)現(xiàn)自己需要合格的維修勞動力,，尋找到合適的備件一個難題,。有鑒于此，運輸制造商和直接供應商正在重新評估他們的財務戰(zhàn)略,，以實現(xiàn)有彈性的供應鏈,。他們開始越來越重視關鍵部件的速度和組件的可用性，整合垂直流程,，并與位于其裝配地點附近的區(qū)域供應商建立伙伴關系,。

增材制造（AM）已經(jīng)證明了其通過提高生產(chǎn)力來支持經(jīng)濟可持續(xù)性的價值。增材制造可以促進快速創(chuàng)新,，并通過減少零件數(shù)量、簡化零件物流和減少90%的庫存水平,，將上市速度提高到3倍,。這將帶來無盡的好處,，包括減少潛在延誤的風險，以及簡化裝配操作,，減少勞動力,。此外，通過增材制造技術實現(xiàn)的整體部件,，產(chǎn)品質(zhì)量得到改善,，從而提高了可靠性。因此,，對服務支持的需求減少了,，從而減少了更換零件的數(shù)量（可達60%）。由于對庫存的需求減少,，在產(chǎn)品報廢時,，也減少了對停產(chǎn)庫存零件的處理需求。

圖1. 機車IGBT相位模塊的散熱器的傳統(tǒng)和增材制造工藝對比圖,，顯示了利用增材制造減少制造周期,、避免生產(chǎn)工具和減少WIP的好處。

增材制造環(huán)境可持續(xù)性上同樣展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢,。因為與減材制造相比,，增材制造能夠生產(chǎn)出所需材料更少的零件、制造輔助設備和工具,，從而減少浪費,。能夠按需生產(chǎn)零件和生產(chǎn)工具，而不是把它們儲存在貨架上,，這也節(jié)省了倉庫空間,，同時消除了儲存昂貴的庫存以支持停產(chǎn)產(chǎn)品的必要性。最后,，由于增材制造提供了設計上的自由,，可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)制造技術不可能生產(chǎn)的零件，它為工程師提供了為應用設計而不是為制造能力設計的途徑,，從而使他們能夠開發(fā)出更加節(jié)能的產(chǎn)品,。

圖2. 在3D Systems的DMP Flex 350 Dual上使用LaserForm AlSi10Mg (A)材料3D打印的優(yōu)化和集成的雙氣動閥的切面和裝配，與傳統(tǒng)制造相比,，質(zhì)量減少了42%,，并取消了15個零件。

增材制造自80年代誕生以來,，隨著許多不同類型的打印技術（如光聚合物,、粉末床熔融、直接金屬打印等）的加入而不斷發(fā)展,。我們還看到們,，為滿足最終使用的生產(chǎn)需求,，制造商所設計的材料數(shù)量不斷增加，并整合了先進的軟件應用程序,，使設計自由度最大化,。增材制造已經(jīng)成為交通創(chuàng)新的轉(zhuǎn)型工程工具，也是垂直整合戰(zhàn)略的關鍵加速器,，其界面更加簡單,，便于采用。增材制造不僅僅是一種新的生產(chǎn)模式,，它還實現(xiàn)了一種具有獨特商業(yè)利益的不同范式,。

無需工裝的生產(chǎn)零件

增材制造是一個固有的過程，它消除了生產(chǎn)過程中的一個主要人工制品——工具,。從數(shù)字化模擬中直接生產(chǎn)部件的能力不僅使過程更有效率,，而且允許商業(yè)模式的分散化，快速適應和交付客戶體驗,，以及以更少的制造開銷和浪費實現(xiàn)這一點,。

圖3. 在3D Systems公司的DMP Flex 350 Dual上使用LaserForm AlSi7Mg0.6（A）材料打印的優(yōu)化的液體冷卻熱交換器的切面，與傳統(tǒng)的空氣冷卻散熱器相比,，節(jié)省了83%的空間,，并取消了97個零件。

數(shù)字化庫存管理

由于數(shù)字加密和知識產(chǎn)權保護技術的快速發(fā)展,，如數(shù)字版權管理（DRM）或區(qū)塊鏈系統(tǒng),，保護3D模型和3D打印參數(shù)是一個與增材制造技術完美結合的現(xiàn)實。設計所有者現(xiàn)在可以在全球范圍內(nèi)發(fā)布數(shù)字信息,，控制將生產(chǎn)多少物理零件并保證質(zhì)量,，而遠程用戶或制造商可以按需打印，而不需要運輸,、保險,、存儲或維護庫存。

圖4. 加密3D模型和技術數(shù)據(jù)包的圖形表示,，數(shù)字密鑰可以控制要打印的數(shù)量及其制造參數(shù),，如材料、工具路徑,、溫度,、速度等。

快速生產(chǎn)工具

與汽車行業(yè)相比,，商業(yè)和公共交通需要大得多的零件,，雖然增材制造技術在生產(chǎn)力和構建尺寸上不斷增長，但一些關鍵零件仍然無法使用目前的3D打印機生產(chǎn),。許多零件（如大型金屬鑄件,、車身外部零件,、大型內(nèi)飾板）也不能像預期的那樣有效地生產(chǎn)，以滿足終端消費的需要,，因此需要以傳統(tǒng)方式制造。在這些情況下,，增材制造是創(chuàng)建快速的中低量級模具和鑄造模式的完美解決方案,，無論是犧牲性模板還是可重復使用模板，其優(yōu)點是可以將它們作為數(shù)字庫存工具來維護,，并消除對環(huán)境控制的存儲空間多年的需求,。

圖5. 使用Titan Atlas 3.6和PC-GF10，以10%的填充密度在FDM中打印的真空成型模具,，根據(jù)EN 45545-2:2013 R1,，用PC板熱成型一個3毫米的FR地鐵列車面板。

借力增材制造,，將交通創(chuàng)新轉(zhuǎn)為全速前進

具有堅實的可持續(xù)發(fā)展長期愿景的公司,，應努力以促進經(jīng)濟增長、解決社會挑戰(zhàn)的方式運作,，并通過使用可再生資源和消除浪費來保護地球,。先進運輸制造商和直接供應商正在重新評估他們的財務戰(zhàn)略，以實現(xiàn)有彈性的供應鏈：對關鍵部件的速度和部件的可用性越來越重視,，許多人正在通過將增材制造納入他們的生產(chǎn)工作流程而實現(xiàn)成功,。對于那些考慮走這條路的人來說，了解初始資本投資水平,、符合業(yè)務需求的正確技術以及技術培訓的要求似乎都很艱巨,。這就是參與戰(zhàn)略伙伴可以在提供技術援助和端到端解決方案方面發(fā)揮很大作用的地方，這不僅有助于執(zhí)行增材制造的采用,，還可以為他們的業(yè)務實現(xiàn)最大的利益,。有了正確的合作伙伴和正確的解決方案，南極熊相信所有規(guī)模的制造商和供應商都有巨大的機會,，利用增材制造的力量加快他們的創(chuàng)新和競爭地位,。