目前許多領(lǐng)域都已採(cǎi)用積層製造技術(shù)。無(wú)論是醫(yī)學(xué)工程、手工藝品還是時(shí)尚商品，3D列印產(chǎn)品都越來(lái)越受製造商和消費(fèi)者的歡迎。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，特別是對(duì)於原型和單個(gè)零件的生產(chǎn)，因?yàn)樗邆洳僮黛`活、成本低廉以及速度快等優(yōu)勢(shì)。積層製造能夠讓公司迅速獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但是它在未來(lái)也將發(fā)生重大變化，尤其是在使用的材料方面。此外，也有人正努力將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用於批量生產(chǎn)中。

積層製造透過以數(shù)位結(jié)構(gòu)資料為基礎(chǔ)的逐層建構(gòu)、添加，在3D印表機(jī)中生成產(chǎn)品和零件，這是透過與現(xiàn)代機(jī)器之間的最佳互動(dòng)、奠基於雲(yún)端平臺(tái)上的智慧聯(lián)網(wǎng)以及成熟的3D列印技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的，而現(xiàn)今3D列印中使用的主要材料是金屬，特殊塑膠和合成樹脂。

最佳化零件，減輕重量

在注重於減輕零件重量的領(lǐng)域，例如汽車產(chǎn)業(yè)、航空產(chǎn)業(yè)、金屬加工和醫(yī)藥業(yè)等領(lǐng)域，積層製造技術(shù)均已得到廣泛的應(yīng)用。例如，在航空產(chǎn)業(yè)中，人們採(cǎi)用積層製造技術(shù)來(lái)生產(chǎn)飛機(jī)零件，得以盡可能地減輕零件重量。最終在零件的製造中節(jié)省大量的材料。此外，總重量的降低也會(huì)直接影響飛機(jī)在空中的消耗值，進(jìn)而產(chǎn)生更好的環(huán)境相容性。

多年來(lái)，空中巴士（Airbus）一直都在使用達(dá)梭系統(tǒng)的3DEXPERIENCE平臺(tái)和CATIA設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用。此外，透過與達(dá)梭系統(tǒng)的合作，飛機(jī)製造商還開發(fā)了一種特殊的3D設(shè)計(jì)工具。「MyShape」可用於製造客機(jī)A350（Airbus A350）的零組件。透過使用衍生設(shè)計(jì)（generative design）流程，空中巴士能創(chuàng)造新的零組件，這意謂新零組件不再根據(jù)原始形狀進(jìn)行開發(fā)，而是以功能為基礎(chǔ)。

當(dāng)工程師想要找到最能符合飛機(jī)要求的零件形狀時(shí)，達(dá)梭系統(tǒng)軟體會(huì)產(chǎn)生零組件的最佳設(shè)計(jì)。隨後軟體會(huì)對(duì)新零組件的使用進(jìn)行模擬，以創(chuàng)造不同材料的組合可能性，或進(jìn)一步將零組件最佳化。該過程大幅加快了新零組件的開發(fā)速度。

圖1 : 達(dá)梭系統(tǒng)軟體設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)新零組件的使用進(jìn)行模擬，以創(chuàng)造不同材料的組合可能性，或進(jìn)一步將零組件最佳化。（source：cindrebay）

模擬的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可將零組件的熱變形情況直接納入規(guī)劃，其會(huì)在3D印表機(jī)創(chuàng)造期間和之後出現(xiàn)，具體取決於材料的屬性，並且可能影響最終產(chǎn)品的功能。為了解決這個(gè)問題，CATIA提供了模擬熱變形功能並使結(jié)果直接進(jìn)行幾何補(bǔ)償，以確保最終零組件的形狀完全符合要求。

降低材料成本

但在積層製造中發(fā)揮重要作用的不僅僅是材料的組合。另一個(gè)目標(biāo)是盡可能地節(jié)約寶貴的材料。透過對(duì)拓?fù)洌╰opology）進(jìn)行最佳化，公司能集中精力協(xié)調(diào)並改進(jìn)材料的使用。

這樣能夠顯著減少材料的殘留量，就像傳統(tǒng)的製造業(yè)一樣，比如金屬零組件通常是從大塊金屬上銑削出來(lái)的。製造過程結(jié)束後，剩餘材料不能按照原樣再重複使用。相比之下，積層製造可以分層製造零組件並節(jié)省材料。

此外，積層製造能實(shí)現(xiàn)在一塊材料上製造整個(gè)裝配體。這並不意謂要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)設(shè)置機(jī)器。相反地，整個(gè)裝配體是逐層3D列印的，這不僅減少了製造時(shí)間，而且也減少了組裝裝配體的單個(gè)零組件所需的時(shí)間。公司不僅能縮短製造時(shí)間，而且還能持續(xù)降低其材料成本。

圖2 : 積層製造能實(shí)現(xiàn)在一塊材料上製造整個(gè)裝配體。並不意謂要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)設(shè)置機(jī)器。（source：Markforged）

與傳統(tǒng)製造的零組件相比，空中巴士透過積層製造能夠?qū)⑵洹笒?cǎi)購(gòu)品質(zhì)與飛行品質(zhì)（Buy-to-Fly）」的比率降低至十分之一。「採(cǎi)購(gòu)品質(zhì)與飛行品質(zhì)（Buy-to-Fly）」是指購(gòu)買的材料數(shù)量與實(shí)際使用的材料（即最終用於製造飛機(jī)的材料）之間的比率。同時(shí)，空中巴士在其A350飛機(jī)上使用了1000多種積層製造零組件。

靈活回應(yīng)客制需求

積層製造的另一大優(yōu)勢(shì)是能夠靈活地創(chuàng)造原型或單個(gè)零組件，與傳統(tǒng)製造方式相比成本更低。公司能夠最佳化其滿足客戶需求的方式。消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)尤其可以從這項(xiàng)技術(shù)中獲利。鞋類品牌ECCO啟動(dòng)了一個(gè)名為「 QUANT-U」的個(gè)人化專案，該專案將3D掃描和3D列印進(jìn)行了完美結(jié)合。在某些商店中，客戶能夠測(cè)量他們雙腳的尺寸，選擇合適的鞋碼。然後，個(gè)人化的鞋子模型很快就能製作出來(lái)。

此外，製造複雜原型或零組件的公司也會(huì)從這種靈活性中獲益良多。積層製造使其能夠與客戶緊密協(xié)作，以便快速、靈活地進(jìn)行生產(chǎn)。例如，如果一家公司通常在歐洲進(jìn)行生產(chǎn)，但印度那邊需要零組件，則該組件可以很輕鬆地在現(xiàn)場(chǎng)透過3D製造出來(lái)。這不僅意謂與客戶的距離更近，也有助於降低運(yùn)輸成本。

未來(lái)該何去何從？

目前，對(duì)積層製造的使用主要集中在希望生產(chǎn)原型、定制零組件或小批量生產(chǎn)的部門。不過，現(xiàn)在已經(jīng)有人正努力在批量生產(chǎn)中採(cǎi)用3D列印。

在醫(yī)療領(lǐng)域中，研究人員正在進(jìn)行深入的研究和開發(fā)，尤其是針對(duì)材料使用方面。積層製造使Otto Bock Healthcare能夠在創(chuàng)紀(jì)錄的短時(shí)間內(nèi)完善其具創(chuàng)新性的「米開朗基羅」人工手的製作。透過達(dá)梭系統(tǒng)的3DEXPERIENCE平臺(tái)和CATIA Imagine & Shape應(yīng)用，這家醫(yī)療工程公司能夠?qū)ζ淙斯な值谋砻嬖O(shè)計(jì)進(jìn)行最佳化，進(jìn)而使其成為「真實(shí)的」模型。如今，在器官重建領(lǐng)域的其他研究專案顯示，積層製造技術(shù)將來(lái)可能會(huì)讓更多人從中受益。

對(duì)於高科技和電子領(lǐng)域來(lái)說，這種可能性當(dāng)然是非常有趣的，因?yàn)檫@些領(lǐng)域較注重尺寸的最小化。此時(shí)可以想像，感測(cè)器技術(shù)或電子裝置可以直接整合到積層製造的結(jié)構(gòu)中。例如，測(cè)量?jī)x器的感測(cè)器將直接列印到電子裝置中。目前，已經(jīng)有第一批供應(yīng)商在15小時(shí)內(nèi)，而不是在50天內(nèi)，透過3D列印來(lái)製造複雜的多層電路板。

總結(jié)

積層製造顯然不僅僅是一種趨勢(shì)，而是一項(xiàng)變革性技術(shù)，註定會(huì)在未來(lái)變得舉足輕重。透過創(chuàng)新開發(fā)、靈活製造和持續(xù)降低成本，積層製造幫助公司提高營(yíng)運(yùn)敏捷性以實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。