3D打印如何助力產品優化？

      制造企業應用增材制造技術的原因有幾種，有些應用是為了在更短時間內制造出少量產品，有些應用則是從材料節省的角度上考慮，用增材制造技術制造昂貴的難加工材料，而有一類應用則出于優化產品功能的目的，即通過增材制造設計思維對產品進行設計優化，然后用增材制造技術生產這些創新的產品。

      培養為增材制造而設計的能力并不是一件簡單的事情，改變產品設計師的設計思維需要時間，但是早期利用增材制造技術開發功能驅動型產品的制造業用戶更有機會在競爭中迅速超越競爭對手。

以增材制造設計思維實現產品功能優化

金屬增材制造功能驅動的應用并不是為了以3D打印作為概念進行炒作，在這些產品中3D打印技術是一種必要的制造手段。這樣的例子如今已經有很多種，例如：

• 半徑極小、具有均勻壁厚的高性能發動機零件；
• 具有復雜內部通道的工業部件；
• 具有小型內部通道，復雜外部幾何形狀以及薄壁特征的衛星推進系統組件；
• 具有復雜曲面和內部支撐結構的他鈦合金自行車車架；
• 隨形設計的夾具；
• 擁有優化流體通道的液壓歧管；
• 鈦合金、鈷鉻合金等帶有多孔結構的骨科植入物；
• 翅片極薄、帶有狹小內部通道的熱交換器；
• 晶格結構（在不犧牲強度要求的情況下減輕重量）；
• 功能性移動的組件，如動感珠寶；

      從以上例子中也可以看到，很多增材制造應用是傳統制造技術無法實現或者是通過傳統制造技術制造成本不合理的產品。通常，用傳統制造技術比用增材制造技術貴一個數量級的復雜產品更適合采用增材制造技術進行制造。

但是這時并不是簡單的將傳統制造技術設計規則下設計的產品直接通過增材制造技術生產出來，而是需要針對增材制造技術對產品進行優化設計，設計優化的目標是實現更加優化的功能、性能，比如說使零件具有集成化的功能，使產品變得輕量化但具有良好的剛度等。

商業化已在路上

     以上列舉的例子在市場中幾乎都可以看到清晰的商業化趨勢，這其中除了包括GE飛機發動機燃油噴嘴，骨科3D打印植入物等已實現商業化生產的應用，還有一些復雜工業零部件也進入到了商業化階段，下面是兩種有代表性的應用。

- 液壓

   意大利液壓件制造商aidro hydraulics 推出了金屬3D打印的液壓閥產品。

      在液壓閥塊中有許多管道相交在一起，以往這些交叉歧管是通過機械加工交叉鉆孔的方式制造的，但由于機加工的角度限制，通常需要在流道內部添加插頭來調整流量。而當采用增材制造技術制造液壓閥塊時，則可以對內部歧管管路進行優化，得到更為優化的流體流動路徑，帶有優化流體通道的液壓閥塊可以通過增材制造設備進行一體化制造，無需在閥塊中另外進行交叉鉆孔加工。

     空客也在與其合作伙伴開發3D打印液壓件，空客目標是通過金屬增材制造技術量產飛機擾流板液壓件。

- 熱交換器

       成立于2011年的英國公司HiETA，正在通過增材制造的方法開發用于生產各種熱管理應用的復雜、輕型結構的金屬零件。制造的零件包括用于微型燃氣輪機的熱交換器、渦輪機械和燃燒部件，還包括那些用于燃料電池的相變換熱器和綜合廢熱回收系統，以及用于高效內燃機散熱的部件。

      由于在HiETA之前，很少有專門的機構研究通過增材制造的工藝來制造熱交換器。HiETA在開發3D打印熱交換器的過程中經歷了很多挑戰，包括確認3D打印工藝可以成功地制造足夠薄的壁并且滿足剛性等方面的質量要求，開發專用參數包，開發用選區激光熔融3D打印技術制造熱交換器的設計指南和設計細節等。

本文來源3D科學谷 轉載自：中國3D打印網 版權歸原作者所有