挑战最高阶增材制造效益
2020-12-16 11:15:39 英国雷尼绍公司(Renishaw)
Marc Saunders
雷尼绍全球解决方案中心总监，负责增材制造（金属3D打印）应用的普及
台阶3—DfAM优化
到达阶梯顶部可利用最为高级的增材制造功能。运用增材制造专用设计 (DfAM) 原理，充分利用其带来的设计自由，获得创新、定制的解决方案。
a.空心/多孔结构
传统方法生产的许多零件为实心结构，尽管空心结构的强度并不逊色，但传统加工方法费时费力，成本昂贵。增材制造通过单一加工过程轻松加工出空心结构，材料使用少、加工时间短。例如网状结构在保持强度的同时，重量减轻50%。
拓扑优化也可减轻零件重量，原理是定义相邻结构的接触面及其所承受的载荷。考虑这些载荷对材料产生的应力，并去除应力最小区域中的材料，只保留能以最有效方式传输指定载荷的区域中的材料。
以下为空间探测设备使用的一支架。通过拓扑优化，支架变为空心结构 —“命运之手指”—重量减少了三分之一，设计和生产时间也大大缩短。
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增材制造技术让我们能随心所欲地设计各种不寻常的天然形状，生产出创新且富有吸引力的产品，例如珠宝。
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承载接触面需较大的表面积，以确保良好的附着性。骨科植入体尤其如此，医生希望提高金属植入体和邻近骨骼间的相容性，确保二者稳固接合，尽量防止出现“应力遮挡效应”，避免后续手术修复治疗。大面积接触表面，还有利于提高金属与复合材料之间的接合强度。
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设计新型热交换器是增材制造技术的一个重要应用。为最大限度提高一种液体与另一种之间的换热效率，热交换器内部应具有大量复杂的微型薄壁管道和二次表面。增材制造能经济高效地加工出内外部细节特征，产品性能更高，重量更轻。对赛车、公路车辆及绿色能源产品设计具有明显优势。
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f.高强度合金
某些合金材料具有理想的热属性和机械属性，但加工难度大，实际应用受到限制。增材制造本质是熔接过程，只要能将合金“雾化”为粉末，就可使用激光技术加工材料。
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g.微型结构材料
增材制造可加工出精细的网状结构，为生产具有特定属性的金属“泡沫”创造了机会。此类微型结构材料经过设计可具有各向异性的属性 —例如不同平面具有不同的刚性和导热性。标准和定制的微型结构材料为生产轻质、高性能产品开启新的机遇。
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增材制造无需刀具，模具，可将不同产品组件的制造过程集成到单一的加工工序中，一次性制造所有主要组件，对其进行后处理并完成组装。有助于简化生产调度、减少库存。
我们为全球第一辆3D打印山地自行车制造的车架就是个应用典范。
i.大规模定制
只要有想要制造零件的CAD模型，无论是制造与之前完全相同的零件，或稍有差异，使用增材制造在成本和加工时间方面几乎没有差别。雷尼绍的种植牙业务每天要根据不同口腔技工所的设计文件，制造形状各异的修复体。这些修复体可在一次加工过程中完成，降低成本。
定制化零件能更好适应其应用环境，安装更简便、使用效果更好，从而能提供更高价值的服务。当定制化生产与增材制造的其他特点相结合，便拥有了颠覆传统大规模生产模式的力量。
可点击下方链接阅读有关增材制造效率的更多文章。
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