如果您是中小型制造商，您肯定聽說過3D打印，也稱為增材制造 （AM）。增材制造被譽(yù)為制造業(yè)的最新技術(shù)革命，能夠制造從自行車座椅到火箭推進(jìn)器的所有產(chǎn)品，并承諾讓所有類型的零件和產(chǎn)品更快、更便宜、更輕、更可持續(xù)。3D 打印可實(shí)現(xiàn)任何其他技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的零件形狀和設(shè)計(jì)，并使用從日常金屬和塑料到獨(dú)特的聚合物復(fù)合材料甚至人體組織的材料。 也許您已經(jīng)了解過增材制造的神奇之處，也想試一試增材制造技術(shù)，從而為企業(yè)帶來新發(fā)展，那么您現(xiàn)在的問題就是：該如何開始使用增材制造？

根據(jù)3D制造行業(yè)的一些思想領(lǐng)袖和3D打印機(jī)制造商分享的案例和建議，將在現(xiàn)有制造業(yè)務(wù)中添加3D打印技術(shù)的方法分為了以下五步。

第 1 步：尋找增材制造“擁護(hù)者”

多家3D打印機(jī)制造商的行業(yè)資深人士，目前是Azul3D的首席營收官，Tuan TranPham指出：“作為主題專家，你需要一個(gè)關(guān)鍵人物，這個(gè)人是否是工程師并不重要，可能是實(shí)習(xí)生或年輕的工程師，因?yàn)樗麄兘o這個(gè)領(lǐng)域帶來新的思考?！痹霾闹圃鞊碜o(hù)者必須克服的一大障礙是說服管理層用新的東西來替代公司的日常業(yè)務(wù)流程，而這些流程可能已經(jīng)存在了幾十年。Ampower的聯(lián)合創(chuàng)始人、增材制造行業(yè)顧問 Matthias Schmidt-Lehr 表示，最好的方法是聘請(qǐng)尚未完全融入公司日常業(yè)務(wù)流程并且對(duì)新解決方案更加開放的新的年輕工程師或技術(shù)人員。對(duì)于還沒有對(duì)增材制造感興趣的人愿意帶頭開發(fā)增材制造項(xiàng)目的公司，您可能需要聘請(qǐng)具有增材制造經(jīng)驗(yàn)的工程師。但行業(yè)專家一致認(rèn)為，目標(biāo)不是讓經(jīng)理負(fù)責(zé)增材制造，而是引起更多的人對(duì)3D打印的興趣。

然后，通過培訓(xùn)和教育使越來越多的人參與到3D打印之中，感受3D打印的魅力。Schmidt-Lehr說：“專有技術(shù)確實(shí)是關(guān)鍵推動(dòng)因素，也是當(dāng)前采用的障礙，幸運(yùn)的是，學(xué)習(xí)增材制造的機(jī)會(huì)越來越多，但這也意味著，管理層必須給工程師時(shí)間和預(yù)算來接受培訓(xùn)?！巴ㄟ^閱讀、上網(wǎng)、參加諸如 Rapid TCT 和 Formnext 之類的增材制造活動(dòng)，與從事增材制造工作的大學(xué)交談，并與 3D 打印機(jī) OEM 聯(lián)系，從而獲得增材制造的最新進(jìn)展，都是有效的途徑。當(dāng)增材制造擁護(hù)者將將他們學(xué)到的知識(shí)帶給公司的其他人，以激勵(lì)從機(jī)械師到高層管理人員的每個(gè)人加入，可以使得人們消除關(guān)于增材制造的偏見。

3D 打印機(jī)制造商Markforged的戰(zhàn)略應(yīng)用工程師 Peter Schulte 回應(yīng)道：“采用增材制造的最快和最有影響力的方式是公司或個(gè)人充分掌握該技術(shù)的潛力并意識(shí)到它可以解決的所有問題。 ”

第 2 步：使增材制造目標(biāo)與公司目標(biāo)保持一致

一旦您的組織內(nèi)有增材制造倡導(dǎo)者帶頭，您就可以開始探索您的增材制造技術(shù)了，并制定戰(zhàn)略將其應(yīng)用于您公司的頂級(jí)項(xiàng)目中。這是關(guān)鍵的一步，3D打印機(jī)制造商Carbon的首席營收官Debbra Rogers 說。“倡議所有者或領(lǐng)導(dǎo)者必須以某種方式使增材制造與公司的最高目標(biāo)保持一致。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增材制造成為一個(gè)特殊的副項(xiàng)目或脫離公司整體戰(zhàn)略時(shí)，當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)者無法獲得支持時(shí)，它就起不到任何作用。”3D 打印是實(shí)現(xiàn)廣泛公司目標(biāo)的關(guān)鍵推動(dòng)力，尤其是在中小型制造商中。

使用 3D 打印實(shí)現(xiàn)的其他公司目標(biāo)包括：

●通過快速原型設(shè)計(jì)更快地將新產(chǎn)品推向市場

●通過在本地生產(chǎn)零件來減少供應(yīng)鏈危機(jī)

●比海外更快、更便宜地生產(chǎn)零件

●通過 3D 按需打印能力消除零件庫存

●通過將大型組件整合到更少的零件中來優(yōu)化產(chǎn)品性能

事實(shí)上，制造公司無法完全通過3D打印實(shí)現(xiàn)或推進(jìn)的目標(biāo)。Schulte指出：“對(duì)于希望采用增材制造的公司，我最好的建議是出于正確的原因去做。我已經(jīng)看到了各種錯(cuò)誤原因的應(yīng)用，包括擁有最新和最偉大的時(shí)尚技術(shù)，無論它被使用還是沒有被使用，將附加解決方案應(yīng)用于單一的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)然后放棄它，甚至作為招聘工具，都是不可取的。所以一定要尋找增材制造可以解決的挑戰(zhàn)和問題，并找到增材制造提升整體業(yè)務(wù)流程的方法?！?/p>

專家一致認(rèn)為，由于錯(cuò)誤的原因采用增材制造，在沒有公司所有者全力支持的情況下推出增材制造，或者在沒有成功的路線圖就建立起來增材制造業(yè)務(wù)是沒有任何作用的，而且還會(huì)對(duì)公司原來的生產(chǎn)模式造成影響。這并不是說增材制造技術(shù)旨在取代傳統(tǒng)制造技術(shù)，大多數(shù)制造商同時(shí)使用增材制造和傳統(tǒng)制造技術(shù)。如果實(shí)施得當(dāng)，增材制造實(shí)際上會(huì)帶來積極的變革。

第 3 步：確定想要3D打印的部件

行業(yè)專家一致認(rèn)為，制造商在采用增材制造時(shí)可能犯的最嚴(yán)重錯(cuò)誤就是用它來制造他們目前正在制造的完全相同的產(chǎn)品。

3D 打印機(jī)制造商Desktop Metal的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官 Jonah Myerberg 說：“不要只看你現(xiàn)在在機(jī)械車間或鑄造車間制造的零件，然后問‘我可以打印它們嗎？’你需要看看零件的應(yīng)用，然后問‘我應(yīng)該3D打印這個(gè)零件還是應(yīng)該改進(jìn)這個(gè)零件？’”

增材制造使制造商能夠重新設(shè)計(jì)更輕、更強(qiáng)、更好的零件和產(chǎn)品。多個(gè)部件可以合并為一個(gè) 3D 打印部件，從而消除組裝勞動(dòng)并提高效率。增材制造的核心是一個(gè)數(shù)字化過程，從零件的數(shù)字化設(shè)計(jì)開始。工程師必須在開始設(shè)計(jì)之前弄清楚他們將如何制造零件，盡管增材制造是一種新的制造工藝，而不是我們?cè)趯W(xué)校都學(xué)過的，但學(xué)習(xí)它與學(xué)習(xí)任何其他制造工藝沒有什么不同。

一旦公司了解了3D打印的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)如果增材制造十分有意義，他們就可以將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向增材制造，如果發(fā)現(xiàn)相比之下傳統(tǒng)制造方法更合適，他們可以不適用增材制造。查看公司現(xiàn)在生產(chǎn)的產(chǎn)品，并辨別是否可以更好地重新設(shè)計(jì)和3D打印的產(chǎn)品并非易事。進(jìn)行這一步驟可能需要比您的增材制造擁護(hù)者所具有的知識(shí)更多。這就是為什么行業(yè)顧問、應(yīng)用工程師和3D打印服務(wù)提供商隨時(shí)準(zhǔn)備提供幫助的原因。

Schmidt-Lehr 說：“制造商應(yīng)該進(jìn)行調(diào)查，3D打印能否增加最高價(jià)值。在許多情況下，對(duì)于小型制造商而言，與其一開始就瞄準(zhǔn)最終用途產(chǎn)品，夾具、工具和固定裝置領(lǐng)域可能是更好的選擇?！?/p>

軟件解決方案（例如SpareParts3D或 materialise 的3D 打印氣壓計(jì)）開始出現(xiàn)，可以分析您現(xiàn)有的數(shù)字零件庫存并確定哪些零件適合3D打印，哪些不適合。

然而，大多數(shù)情況下，外部專家會(huì)帶領(lǐng)您深入了解您制造的零件或產(chǎn)品（無論是您銷售的最終用途產(chǎn)品、您使用的工具或模具，還是備件），從而通過3D打印進(jìn)行改進(jìn)。

巴恩斯全球顧問公司 （TBGA） 的常務(wù)董事、行業(yè)顧問Barnes和他的增材制造資深團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在通過多種工具為各種公司提供咨詢和指導(dǎo)，幫助他們實(shí)現(xiàn)增材制造的工業(yè)化采用之旅。Barnes Advisors成熟度模型可幫助公司了解采用和實(shí)施增材制造可能需要多長時(shí)間以及采用的每個(gè)階段需要什么。然后是帶領(lǐng)公司了解不同類型的3D打印以及哪種最能解決的問題。最后是準(zhǔn)備模型，該模型基于公司的機(jī)器、材料、數(shù)字能力和人員，以查看他們的資源中是否存在任何會(huì)破壞和成功啟動(dòng)計(jì)劃的漏洞。Barnes 說：“增材制造通常做得最好的方式是所有內(nèi)部利益相關(guān)者都在某個(gè)基本層面上理解它。否則，它只是一個(gè)工程師推上坡的過程，很費(fèi)力?！?/p>

成熟3D打印產(chǎn)品包括：

●獨(dú)一無二的零件、工具和產(chǎn)品

●需要特定定制以滿足每個(gè)客戶要求的零件

●單個(gè)或小批量備件

●用于測試的零件或產(chǎn)品原型和功能原型

第 4 步：外包增材制造

Schmidt-Lehr 說：“小型制造商在投資打印機(jī)之前應(yīng)始終與增材制造服務(wù)機(jī)構(gòu)合作，這可以有機(jī)會(huì)嘗試不同的技術(shù)和材料。打印廠、合同制造商或服務(wù)機(jī)構(gòu)的使用為采用新技術(shù)鋪平了道路?！?/p>

Schulte 說：“尋找在增材制造方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)以及在設(shè)計(jì)這些工藝方面具有高水平技能的服務(wù)機(jī)構(gòu)。有些人會(huì)將設(shè)計(jì)咨詢作為付費(fèi)服務(wù)提供，雖然這確實(shí)意味著更多的前期成本，但真正的價(jià)值在于豐富經(jīng)驗(yàn)以及縮短最終產(chǎn)品的整體交付周期。這種方法可以加速從傳統(tǒng)制造向增材制造的過渡?！?/p>

如果您已經(jīng)擁有內(nèi)部工程專業(yè)知識(shí)，則3D打印咨詢可以幫助指導(dǎo)您最終選擇購買哪些3D打印系統(tǒng)以及哪些材料，從而保證您所需的質(zhì)量和性能。在證明使用增材部件的同時(shí)建立業(yè)務(wù)案例有助于為管理層投資增材解決方案提供信心。

即使在您采用增材制造作為內(nèi)部解決方案之后，當(dāng)需求激增或在需要增加內(nèi)部容量之前進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，您仍然可能會(huì)轉(zhuǎn)向合同打印。3D打印市場，例如Craftcloud，使您能夠從一系列增材制造商那里收到有關(guān)您的零件的報(bào)價(jià)。外包增材制造在美國和歐洲是一個(gè)蓬勃發(fā)展的市場，每年都有數(shù)十家新公司進(jìn)入市場。一些專注于材料或技術(shù)，而另一些則專注于特定行業(yè)，例如航空航天或醫(yī)療保健，但大多數(shù)正在成為3D打印通才，提供廣泛的技術(shù)、材料和設(shè)計(jì)服務(wù)。

Myerberg 說：“3D 打印服務(wù)提供商在推動(dòng)采用增材制造方面的作用非常重要，這些是專家和高級(jí)用戶，但無論您是使用服務(wù)提供商還是將其帶入內(nèi)部都與您的最終目標(biāo)有關(guān)：您是要設(shè)計(jì)增材制造并消費(fèi)它，還是要真正接受它并且作為您業(yè)務(wù)的一部分，推動(dòng)它向前發(fā)展?！?/p>

如果您公司的核心業(yè)務(wù)與生產(chǎn)零件或產(chǎn)品無關(guān)，那么外包3D打印可能具有最佳商業(yè)意義。糖果廠是一個(gè)很好的例子，它具有設(shè)計(jì)工廠車間所需的定制工具或夾具的工程技能，但零件本身的制造可能更適用于服務(wù)，這種情況會(huì)隨著零件數(shù)量的增加而改變。

Myerber 指出：“我們與許多購買3D打印機(jī)并學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)和優(yōu)化它們的大型汽車公司一起經(jīng)歷了這個(gè)周期，但從長遠(yuǎn)來看，福特將自己打印自己的零件？ 很可能，他們會(huì)將其推向他們的一級(jí)、二級(jí)或三級(jí)制造商。福特等公司的工程師學(xué)習(xí)技術(shù)、材料的細(xì)微差別并真正了解工藝和成本仍然至關(guān)重要，因?yàn)檫@會(huì)反饋到他們的設(shè)計(jì)考慮中。最好的零件設(shè)計(jì)師是實(shí)際操作3D打印機(jī)的人。”

第 5 步：提升您的增材制造技能

即使在您的增材制造擁護(hù)者、顧問和打印機(jī)制造商的指導(dǎo)下，向您的業(yè)務(wù)遷移（或添加）新的制造技術(shù)最終仍需要內(nèi)部設(shè)計(jì)、工程和生產(chǎn)方面的專業(yè)知識(shí)。您的員工將需要操作 3D 打印機(jī)以及后處理和質(zhì)量保證設(shè)備。他們需要了解增材制造專用材料，并掌握市場上快速發(fā)展的技術(shù)和新型打印機(jī)。3D 打印機(jī)制造商提供一系列針對(duì)公司的培訓(xùn)和一般培訓(xùn)，并且正在推出針對(duì)個(gè)人打印機(jī)的認(rèn)證計(jì)劃。設(shè)備經(jīng)銷商提供培訓(xùn)，更多大學(xué)提供增材制造碩士學(xué)位課程和認(rèn)證。例如，TBGA 提供普渡大學(xué)的增材制造證書課程，該課程完全在線。

正是在制造業(yè)的這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻——增材制造技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，可以在廣泛的行業(yè)中產(chǎn)生重大影響，但對(duì)于可以從中受益最多的大量企業(yè)來說仍然有些不明朗的時(shí)刻下，拜登政府與之合作與增材制造 行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者在美國啟動(dòng) AM Forward 計(jì)劃。AM Forward 旨在啟動(dòng)對(duì)中小型制造商采用增材制造的初步調(diào)查。這無疑為管理層投資增材制造提供了另一個(gè)推動(dòng)力，這使工程師能夠進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查，并將為公司帶來更多機(jī)會(huì)。

AM Forward 的目標(biāo)是讓制造業(yè)確信 3D 打印是一種成熟、可行的解決方案，并減輕采用新技術(shù)和重新設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)計(jì)劃帶來的一些壓力。采用3D打印機(jī)的先進(jìn)技術(shù)援助將來自能源部位于橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的制造示范設(shè)施，制造商可以在那里測試新的增材制造技術(shù)。小企業(yè)管理局將與AM Forward的參與者合作提供資金支持，以支持在美國工業(yè)中廣泛部署新的增材制造能力。這些只是該計(jì)劃中包含的兩個(gè)支持計(jì)劃，政府希望這將使更多的本地公司能夠在沒有外國投資的情況下在美國生產(chǎn)自己的產(chǎn)品。

審核編輯 ：李倩