3D打印在制造业中实现多功能、低重量、低成本的六个因素

随着时间的推移，3D打印（又名增材制造）的应用已经远远超出了制作原型。现在，该技术已经在制造业中占据了一席之地，如：

由洛克希德马丁公司和美国宇航局建造的朱诺太空船目前正在木星轨道上完成其任务，携带了十三个3D打印的波导支架。

Activated Research Co.使用3D打印技术为其Polyarc气相色谱催化微反应器开发新设计，仅需15个月即可投入市场。

雷神公司将3D打印用于制造火箭发动机、鳍片和导弹的控制部件，制作时间仅需几小时而不是几天。

据报道，波音在2016年创造了迄今为止最大的3D打印产品，即一种用于制造777飞机的夹具，创造了世界纪录，据报道其制造时间缩短了数周。

在这些情况下，结果包括更多的功能、更低的重量和更低的制造成本，而且这三种都是常见的。以下六个因素使这些好处成为可能：

1.优化设计

精心设计的3D打印部件遵循许多与注塑成型相同的规则。这些包括：在相邻表面之间使用渐变过渡。消除横截面和零件体积的巨大差异。避免经常在成品工件上产生残余应力的尖角。注意薄的无支撑壁不会打印得太高，或者它们可能会弯曲或翘曲。而浅角度的表面往往会留下丑陋的“阶梯式”表面，这使得它们不具备美容特征，因此需要尽可能将它们弄平。

2.抛弃传统

最戏剧性的3D打印部件设计利用3D的能力来创建“有机”形状，例如蜂窝和复杂的矩阵。不要害怕使用这些形状，只有这样做会创造出更轻、更坚固的部件。您也不应该害怕在您的设计中放置孔（以及其中的许多孔）。随着传统制造业的发展，在固体材料块中钻孔增加了零件成本和浪费。在3D打印世界中并非如此，因为更多的孔意味着更少的粉末和更少的处理时间。请记住，3D打印的孔不需要是圆形的。通常，椭圆形、六角形或自由形式的孔形状将更好地适合部件设计，并且更易于打印。

3.考虑设计周期中的后续步骤

然而，仅仅因为你可以打印有很多孔的零件，这并不意味着你应该这样打印，特别是如果计划在以后制作很多这样的零件的话。由于3D打印提供了巨大的设计灵活性，因此不必考虑在原型制作后如何制造零件。根据本设计提示开始时的示例，越来越多的公司发现适合最终用途部件的3D打印，但随着产量的增长，许多部件将从打印转换到机加工、成型或铸造。这就是为什么在设计周期早期进行可制造性（DFM）分析变得非常重要的原因，这是为了确保在整个零件生命周期中实现具有成本效益的生产。

4.避免二次操作

使用SLS生产的塑料零件在生产过程中不需要支撑结构，因此后处理通常仅限于喷漆、铰孔、攻丝孔和加工关键零件特征。另一方面，直接金属激光烧结（DMLS）通常需要大量类似脚手架的结构来支撑和控制金属工件的运动，没有它们，表面可能会卷曲和翘曲。对于悬臂几何形状尤其如此，例如宽T形，这需要在臂下面构建支撑件，这些支撑件必须加工或磨光，从而增加了成本。这个故事与SL相似但不太引人注目，其中固化的树脂支架可以用手持磨砂机和一些砂纸轻松拆除。在可能的情况下，零件应该以减少这些突出物和其他不友好的特征为导向。

5.观察公差

设计师和工程师应避免“过度公差”部件，因为这可能会迫使它们使用更薄的层来构建（增加构建时间和成本），并且通常需要进行二次加工操作以满足过度的打印尺寸。由于3D打印为减少零件数量提供了许多机会，因此无论如何都不需要在配合表面之间实现超精确配合，这只是该技术如何降低制造成本的又一个例子。

用DMLS生产的某些零件需要手工整理。精心设计的3D打印部件可最大限度地减少后期制作步骤，从而降低成本和时间。

6.看大图

3D打印的零件可能需要更多的前期费用，但不要让它吓倒你。使用3D打印，您可以减少部件数量，减轻重量，提高结构完整性，降低组装成本，降低冷却或布线的内部通道以及传统设计无法实现的其他功能。另外，请记住，3D打印不需要固定装置、模具和其他类型的工具，从而消除了可能不直接与单个部件的价格相关的成本。专注于零件的价格标签，而不是产品功能和“大局”，可能会让您设计出与以前相同的零件，从而消除了降低总体制造成本的机会。