增材制造技术之三--3D打印的优点

发表于 2017-3-1 08:38:08 显示全部楼层 4 7685

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本文主要介绍3D打印相对于传统制造手段的优点。

内容:
  • 3D打印介绍
  • 3D打印速度
  • 一次成型
  • 3D打印成本
  • 降低风险
  • 复杂性和自由度设计
  • 定制化
  • 易于使用
  • 可持续性

1.内容介绍

3D打印通过层叠制造来加工零件,这种模式相比于传统加工手段具有诸多优势。尽管3D打印技术种类繁多,本文介绍的3D打印技术的优点适用于整个行业。
3D打印不太可能完全代替传统加工手段,尽管对于许多应用来说3D打印机能够以功能材料的高精度来快速提供设计。了解3D打印的优势使设计师能够在选择产品交付的最佳制造技术时做出更好的决策。
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 楼主| 发表于 2017-3-1 16:18:20 | 显示全部楼层
2.速度

增材制造的主要优点之一是相比于传统制造快速的零件加工速度,一个复杂的设计从CAD模型到加工出来仅需要几个小时,可以实现快速验证和拓展开发设计思路。

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3.一次成型

设计人员最为关心的是如何高效的制造零件,大多数零件都需要多个步骤才能加工出来,且加工的顺序将影响到零件的质量和可靠性。

以定制钢架的传统加工方法为例,像增材制造一样均是由CAD模型开始,将钢材切割成一定的长度后夹紧,依次焊接形成支架。有时需要组装夹具来确保所有组件能够对齐,之后对焊缝进行研磨以保持良好的光洁度。接下来是钻孔,使支架可以安装到墙上。最后,对指甲喷砂、涂底漆、上漆来改善其外观。

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增材制造可以实现一次成型,在加工阶段也不需要交叉,一旦CAD模型完成,上传至打印机几个小时便可加工完成。

一次成型的能力大大降低了对不同制造流(机械加工、焊接、喷漆)的依赖性,并使得设计人员可以更好地控制最终产品的质量。

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 楼主| 发表于 2017-3-2 12:11:24 | 显示全部楼层
4.成本

制造成本可以分为三类:机器操作成本、材料成本以及人工成本。

机器操作成本:大多数桌面机如同笔记本电脑一样耗能较低,工业机生产零件时耗能较高,然而其采用单步制造复杂几何形状的能力使其具有较高的效率,机器的操作成本在制造总成本中占比最低。

材料成本:增材制造技术的材料成本因技术而异。桌面机使用的线材每公斤约25美元,而SLA树脂的价格为每升150美元。可用于增材制造的材料可选范围使其无法直接与传统加工手段进行对比,SLS中的尼龙粉月70美元每公斤,而用于注塑的尼龙颗粒每公斤仅2-5美元。材料成本在增材制造总成本占比最重。

人工成本:增材制造的主要优势之一即人工成本。除了后处理,大多数打印机仅需要操作人员按下按钮就可以自动加工零件。与通常需要高度熟练机械工程师和操作人员的传统加工相比,3D打印的人工成本几乎为零。

对于小批量的制造来说增材制造相比于传统制造具有很好的竞争力,在模型验证和原型生产方面,增材制造比其他制造方法要便宜很多,并且通常在制造单一功能件方面具有明显的优势。传统制造因可以批量生产而使成本大幅降低。

5.降低风险

原型在设计过程中一个小的错误,会造成时间与金钱的双重损失,因此模具在在制造过程中即使有小的变化也会对成本带来巨大影响。在投资昂贵的制造设备之前通过3D打印来验证设计,可以避免原型设计过程中的潜在风险,在进行大规模投资之前便可做好充足准备。

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 楼主| 发表于 2017-3-3 15:19:18 | 显示全部楼层
6. 复杂性和自由度设计

传统加工对制造能力的限制与增材制造不同,由于零件是一层层打印出来的,对于拔模角度、底切以及能否有工具可以实现这些因素并不必考虑。增材制造对于最小尺寸特征的打印具有一定的限制,目前大部分工作集中在如何较少支撑减少打印失败。这些特点使得设计人员有很大的设计自由度,可以创建非常复杂的几何形状。

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7. 定制化

3D打印不仅实现了设计的自由发挥,还可实现定制化的设计需求。由于增材制造围绕单个零件制造,因此适合于定制化制造,这个概念已被医疗和牙科所应用,用于制作假肢、植入物以及牙科产品。从适合运动员的高水平运动装备到定制化的太阳镜和时尚配件,增材制造使定制产品的效益逐渐显现出来。

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 楼主| 发表于 2017-3-4 13:23:55 | 显示全部楼层
8.易于访问

虽然增材制造技术已经存在了30多年,但主要的增长发生在过去的5年间,这导致大量的3D打印机进入到了工业领域,使设计人员更易于使用该技术。仅2015年,全球售出278000多台5000美元以下的打印机,销售量在过去三年持续翻番。最初该技术仅用于少量的制造业领域,如今在更广阔的领域获得了应用并降低了成本。

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9.可持续性

传统减材制造(如CNC铣削或车削)从初始的材料中移除大量废料,增材制造通常构件零件本身的材料,而且多种工艺可使用多种材料,因此该技术大大较少了材料浪费。

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世界范围内打印机的数量的增加也影响了原型传输的距离,因为打印机仅需要基本的理解就可以懂得操作,因此完成的设计无需专家制造,这对于减少运输对环境的影响有积极效益。这种现场打印和制造零件的能力使增材制造技术的碳排放也大大降低。

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