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3D打印技術或將重塑制造業格局?

我快閉嘴 ? 來源:控制工程網 ? 作者:Amit Chadha ? 2020-09-08 16:32 ? 次閱讀

隨著最近行業和技術的進步,創新者們正在利用增材制造(AM)實現庫存成本的大幅削減。企業在如何看待制造愿景的重構方面,發生了巨大的變化。增材制造在幫助全球的原始設備制造商(OEM)迎合世界各地不同行業和市場需求的同時,已將其范圍擴展到快速原型制作之外,并且系統集成商也在致力于幫助工程、自動化和系統的集成。這種轉變歸因于增材制造具有制造復雜設計零件的卓越能力,降低制造材料損失的成本,減少因兼容性受限而進行的裝配以及對機械和配件的需求。

快速原型向3D打印的發展以及相關創新正在擴展工業模式,其范圍已超出人們的想象。如今,汽車、航空航天、建筑、消費產品、醫療保健、食品和制造業等工業領域,對增材制造及其應用的需求越來越大。

令人難以置信的是,自1981年日本的Hideo Kodama博士首次發表他的功能性快速原型系統報告并申請了專利以來,“快速原型”已經存在了35多年了。 從那時起,快速原型制作已成為第四次工業革命(工業4.0)中最大的技術顛覆者之一。

根據市場咨詢公司Frost & Sullivan的一份研究報告顯示,增材制造從2015年到2025年的復合年增長率(CAGR)有望達到15%。報告和數據預測,增材制造的市場價值將從2018年的80億美元增長到2026年的230億美元以上。一家總部位于美國加州估值25億美元的初創企業,創建了世界上第一款通過訂閱模式部署的增材制造硬件,以幫助用戶更加輕松地將3D打印解決方案應用到數字化制造中。

降低更多成本

原型設計并不是一種新出現的技術觀念,它最初的愿景是最大程度地減少制造生態系統和供應鏈成本。隨著新技術對業務轉型的干擾,制造業的未來依賴于更多元化的原型應用專家網絡。這樣做的目的是節省更多時間和資源,并減少誤差和缺陷。這一愿景促使全球企業專注于增材制造的概念。

美國運動服裝巨頭耐克的未來愿景是將設計賣給客戶,然后客戶可以自行在家3D打印鞋子。耐克及其一些競爭對手,對鞋類領域增材制造的投資增加了一倍,這是面向未來的舉措,可以通過消除人工成本,加快產品上市速度來提高產量。鞋的性能將由于使用了更輕、更透氣的材料和更少的摩擦阻力而得到提高。唯一的缺點是取決于執行的準確性,這可能會增加成本,重點是精心的設計。

向增材制造的轉變

盡管多年以來,快速原型制作已成為主流的方法,但它依賴于傳統的制造工具和程序、生產準備情況以及供應商支持。因此,這是一個耗時且昂貴的過程。相比之下,增材制造則更側重于原材料的采購和生產制造的設計方面。3D打印機完成設計的物理過程以創建原型,這樣的自動化過程可以縮短周轉時間。

系統集成商也推動了這些自動化過程。對于敏捷的增材制造流程,自動化執行需要集成命令。系統集成商調節增材制造的各個組件,并自動執行原型從設計到交付的過程。

加速發展的增材制造

在全球工業化的各個階段,制造業一直是進步的動力。一般來說,產品的生命周期包括導入、成長、成熟和衰退4個階段。像大多數產品一樣,增材制造在“導入”階段也受到生產障礙、專利限制以及機器成本高昂的困擾。這導致行業初期的利潤低、市場滲透率低、成本高和質量低。

增材制造市場目前處于“成長”階段,已獲得各行業用戶的好評。在開箱即用的思維方式時代,增材制造企業正在尋求降低成本,同時為用戶提供性能卓越的解決方案。

盡管傳統的制造方法,需要經過一段時間才能被替換,但是這個趨勢已經勢不可擋。增材制造是出于加快設計可視化的需要而誕生的。由于原型制作花費很長時間,業界尋求一種可以減少原型開發時間的方法,同時將更多的時間投入到復雜的設計上。設計思維和可視化方面的技術創新,減少了對供應商和支持生態系統的依賴。由于投入到設計和組件試驗中的時間多了,精巧度增加了,周轉時間也減少了。

增材制造的另一個值得注意的方面,是它主要用于開發復雜的設備組件。例如,在航空航天領域,增材制造被用于開發燃料噴嘴之類的組件。這些是關鍵部件,但沒有大規模生產。在增材制造的幫助下,設計這些前沿的復雜組件變得更輕松,不但簡化了設計,還減輕了這些零件的重量。所有這些都可以提高性能效率并減少庫存。航空航天領域的一些領先企業,通過使用增材制造技術使庫存成本降低了95%以上。

增材制造的關鍵領域包括3D打印、快速成型和直接數字制造(DDM)。這些概念在包容性和協作性思想中蓬勃發展。對于航空航天和汽車行業來說,增材制造主要是為了優化設計效率和減少生產時間,而醫療設備行業卻從增材制造的定制功能中受益匪淺。

根據Frost&Sullivan 2016年的報告,到2025年,汽車、航空航天和醫療設備行業,將占據3D打印市場的51%。從地理范圍看,在2015-2025年期間,亞太地區(APAC)增材制造市場的復合年增長率為18.4%。中國將占亞太地區市場的70%。

工程應用的新范式

2017年,邁凱輪車隊與專門從事3D打印的Stratasys公司合作,為MCL32生產可用于比賽的零件,以參加2017年國際汽聯一級方程式世界錦標賽。合作背后的想法是“輕量化”或拓撲優化,Stratasys公司通過這種方式為賽車隊成功生產出輕巧但耐用的零件。

在另一個案例中,全球醫療設備制造Stryker公司堅定地致力于其3D打印和制造醫療產品的承諾。一個價值929萬美元的即時(JIT)植入物項目可實現為癌癥患者生產定制的骨植入物。

得益于增材制造技術的發展,制造已可以完成具有復雜幾何形狀和極少浪費的獨特工藝。將精力和專業知識集中在此類智能機器上進行工程設計,將進一步改變制造業。增材制造成功地為各領域生產了各種原型設備,未來,其規則或將徹底改變制造業格局。

增材制造的獨特優勢消除了供應鏈中的許多中間步驟。越來越多地采用增材制造,將進一步改變其應用領域和行業的發展。
責任編輯:tzh

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