增(zeng)材制造(zao)六(liu)個設計要素(su)：如何(he)降(jiang)低制(zhi)造(zao)成本(ben)、提(ti)gaoxiao益_上(shang)海(hai)荷(he)效(xiao)壹供

增(zeng)材制造(zao)六(liu)個設計要素(su)：如何(he)降(jiang)低制(zhi)造(zao)成本(ben)、提(ti)gaoxiao益

3D打(da)印(yin)技(ji)術能夠(gou)通過降(jiang)低模具成本(ben)，減(jian)少材料，減(jian)少裝配，減(jian)少研發周(zhou)期等優勢(shi)來(lai)降(jiang)低企(qi)業(ye)制(zhi)造(zao)成本(ben)，提(ti)高(gao)生(sheng)產效(xiao)益。那(na)麽(me)，是(shi)不(bu)是(shi)將(jiang)原有(you)的(de)設計思(si)維(wei)和(he)對(dui)於(yu)制造(zao)成本(ben)的(de)管(guan)控方式(shi)直(zhi)接(jie)挪(nuo)到(dao)3D打(da)印(yin)這種(zhong)增(zeng)材制造(zao)方式(shi)中來(lai)就可以發揮(hui)出(chu)3D打(da)印(yin)的優勢(shi)了(le)呢(ne)？ 面對3D打(da)印(yin)技(ji)術，企(qi)業是緊(jin)盯(ding)3D打(da)印(yin)對制(zhi)造(zao)成本(ben)的(de)影(ying)響(xiang)，還是放眼(yan)全(quan)局？

本(ben)文結合(he)美國(guo)大型(xing)3D打(da)印(yin)服務(wu)企業Proto Labs的應用(yong)工程師所總結的增(zeng)材制造(zao)六(liu)個設計要素(su)，剖(pou)析(xi)如何(he)才能夠(gou)減(jian)少3D打(da)印(yin)帶來(lai)的額外(wai)制(zhi)造(zao)成本(ben)，更(geng)好(hao)的發揮(hui)3D打(da)印(yin)在降(jiang)低企(qi)業(ye)制(zhi)造(zao)成本(ben)和(he)提(ti)高(gao)綜(zong)合(he)效(xiao)益方(fang)面的優勢(shi)。

優化(hua)設計

精(jing)心(xin)設計的(de)3D打(da)印(yin)零(ling)件遵(zun)循(xun)的許多(duo)原(yuan)則與註塑(su)成(cheng)型(xing)相似(si)，比如說(shuo)：在相(xiang)鄰表面之間使(shi)用(yong)漸變(bian)過(guo)渡；避免(mian)橫(heng)截(jie)面積(ji)和零(ling)件體(ti)積(ji)之間(jian)的差異巨(ju)大(da)的情(qing)況(kuang)；避免(mian)出(chu)現在成(cheng)品工件上(shang)產生殘(can)留應力(li)的尖(jian)角；無支(zhi)撐(cheng)的(de)薄(bo)壁結(jie)構不能過高(gao)，否(fou)則(ze)會(hui)出現翹曲。

拋棄傳(chuan)統

典型(xing)的3D打(da)印(yin)零(ling)件往往帶有(you)仿(fang)生(sheng)設計，比(bi)如說(shuo)蜂窩結構或復雜點陣(zhen)結構。不要害怕(pa)在設計時使(shi)用(yong)這種(zhong)結(jie)構，只(zhi)要它們能夠(gou)創造(zao)出更(geng)輕、更(geng)堅固(gu)的部(bu)件。

不(bu)必(bi)忌(ji)諱(hui)在設計中(zhong)使(shi)用(yong)孔狀結構，因為(wei)通過(guo)傳(chuan)統制造(zao)方式(shi)在零(ling)件中(zhong)鉆孔無形(xing)中增(zeng)加了(le)材料的浪費(fei)，從(cong)而導致成(cheng)本(ben)上升(sheng)。

但應註意的是(shi)，在(zai)增(zeng)材制造(zao)時，尤(you)其是(shi)選(xuan)區激(ji)光(guang)熔融(rong)金屬(shu)3D技(ji)術制(zhi)造(zao)圓(yuan)孔時需(xu)綜合(he)考慮是(shi)否(fou)添加孔洞的(de)支(zhi)撐(cheng)結(jie)構以及(ji)下表面可能會(hui)出現的變(bian)形(xing)情(qing)況(kuang)，有(you)些(xie)情(qing)況(kuang)下，考慮采(cai)用(yong)淚(lei)滴(di)形(xing)或六(liu)角形等孔形結(jie)構來(lai)代替(ti)圓(yuan)孔是更(geng)好(hao)的設計方(fang)式(shi)。

綜合(he)考慮零(ling)件大(da)批(pi)量(liang)生(sheng)產時的(de)制(zhi)造(zao)方式(shi)

3D打(da)印(yin)技(ji)術能夠(gou)實現自由(you)造(zao)型(xing)，為(wei)零(ling)件設計創(chuang)新(xin)帶(dai)來(lai)了很(hen)大(da)空(kong)間，比(bi)如說(shuo)3D打(da)印(yin)技(ji)術可以制造(zao)出具(ju)有(you)很(hen)多(duo)孔洞結(jie)構的零(ling)件，但(dan)這並(bing)不(bu)意味著(zhe)壹定要這樣(yang)來(lai)設計零(ling)件。

這是(shi)由(you)於(yu)，很(hen)多(duo)企(qi)業認(ren)識到(dao)3D打(da)印(yin)技(ji)術能夠(gou)勝(sheng)任零(ling)部(bu)件小(xiao)批(pi)量(liang)生(sheng)產，但是(shi)壹旦(dan)企業(ye)所需(xu)要的產量大(da)量(liang)上(shang)升(sheng)時，仍(reng)需(xu)要考慮轉(zhuan)換(huan)成機械加工、鑄造(zao)等傳(chuan)統工藝，在(zai)這種(zhong)情(qing)況(kuang)下，設計師需(xu)要在設計早(zao)期就綜(zong)合(he)考慮零(ling)件將(jiang)來(lai)投入(ru)量產時所采(cai)用(yong)的(de)制(zhi)造(zao)工藝是(shi)否也(ye)同(tong)樣能夠(gou)成功的(de)實現出設計方(fang)案(an)，從(cong)而在設計時做(zuo)出(chu)權衡(heng)。

在設計周(zhou)期早期進行(xing)可制(zhi)造(zao)性（DFM）分析(xi)非(fei)常(chang)重(zhong)要，做到(dao)這壹點將(jiang)確保企(qi)業(ye)在整(zheng)個零(ling)件生(sheng)命周(zhou)期中實現具有(you)成(cheng)本(ben)效(xiao)益的(de)生(sheng)產。

減(jian)少打(da)印(yin)後的(de)二次操(cao)作

部(bu)分3D打(da)印(yin)工藝中(zhong)需(xu)要為(wei)打(da)印(yin)零(ling)件添加支(zhi)撐(cheng)結(jie)構，以防止零(ling)件卷(juan)曲和(he)翹曲，例(li)如在(zai)使(shi)用(yong)選(xuan)區激(ji)光(guang)熔融(rong)設備(bei)加工金屬(shu)零(ling)件時，通(tong)常(chang)需(xu)要為(wei)懸伸(shen)結(jie)構添加支(zhi)撐(cheng)；立(li)體(ti)光(guang)固(gu)化（SLA）3D打(da)印(yin)中，也(ye)存在著(zhe)需(xu)要添加支(zhi)撐(cheng)結(jie)構的情況(kuang)。

打(da)印(yin)中形(xing)成的金屬(shu)支(zhi)撐(cheng)結(jie)構，在打(da)印(yin)完(wan)成(cheng)之(zhi)後(hou)需(xu)要通過機加工等方式(shi)去除(chu)，塑(su)料支(zhi)撐(cheng)結(jie)構需(xu)要通過手持磨砂機等方式(shi)加以去除(chu)。但(dan)不(bu)論(lun)是(shi)何(he)種去(qu)支(zhi)撐(cheng)的(de)方(fang)式(shi)，都(dou)會(hui)增(zeng)加成(cheng)本，延發制(zhi)造(zao)周(zhou)期。因此(ci)設計時應(ying)考慮通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)設計、改(gai)變(bian)零(ling)件擺放的等方式(shi)來(lai)盡量避免(mian)為(wei)零(ling)件添加支(zhi)撐(cheng)結(jie)構。

觀(guan)察(cha)公差(cha)

為(wei)了滿足(zu)金屬(shu)零(ling)部(bu)件對(dui)公差(cha)的要求，有(you)時配(pei)合(he)使(shi)用(yong)機械加工等二次加工工藝是(shi)必(bi)要的，但過(guo)度追求公差(cha)要求將會(hui)對3D打(da)印(yin)零(ling)件的(de)設計和(he)制(zhi)造(zao)產生影(ying)響(xiang)，比(bi)如說(shuo)為(wei)過度(du)追求精(jing)度而增(zeng)加打(da)印(yin)層數(shu)，從而導致打(da)印(yin)時間(jian)和(he)打(da)印(yin)成本(ben)增(zeng)加。

采(cai)用(yong)恰(qia)當(dang)的設計策略(lve)，有(you)時可以減(jian)少使(shi)用(yong)打(da)印(yin)後處理工藝，比(bi)如說(shuo)懸伸(shen)結構表面（下表層），通常(chang)比(bi)垂直(zhi)壁面和朝上(shang)表(biao)面的表面光(guang)潔度(du)差(cha)，如果要生產具有(you)zuijia精(jing)度(du)的細(xi)節(jie)特征，那(na)麽zuihao在設計時將(jiang)這些(xie)特(te)征定位在零(ling)件的(de)上(shang)表層。

顧全(quan)大局

雖(sui)然3D打(da)印(yin)的材料成本、設備(bei)成(cheng)本(ben)比(bi)成熟的傳(chuan)統制造(zao)工藝高(gao)，但不(bu)要因此而望(wang)而卻(que)步。

在(zai)進(jin)行3D打(da)印(yin)零(ling)部(bu)件設計時，更(geng)應緊(jin)緊(jin)抓住(zhu)3D打(da)印(yin)技(ji)術在(zai)實現復雜輕量(liang)化(hua)結構，功能集(ji)成化(hua)零(ling)件方(fang)面的優勢(shi)，盡可能激(ji)發3D打(da)印(yin)在零(ling)部(bu)件設計優化(hua)中(zhong)所起到(dao)的(de)作(zuo)用(yong)。

也(ye)就(jiu)是說(shuo)，面對3D打(da)印(yin)技(ji)術時如果僅(jin)關(guan)註這項(xiang)技(ji)術對(dui)於制造(zao)成本(ben)的(de)影(ying)響(xiang)，而忽略(lve)掉全(quan)面考慮該(gai)技(ji)術在(zai)重(zhong)塑產品設計和(he)功(gong)能，以及(ji)重(zhong)塑供應鏈(lian)方面的潛(qian)力(li)，會(hui)使(shi)企(qi)業(ye)錯(cuo)過3D打(da)印(yin)創造(zao)的更(geng)多(duo)綜(zong)合(he)效(xiao)益。