作为快速成型的一种手段，3D打印——或增材制造(AM)，正如它在许多圈子中所知——正在稳步获得生产应用的吸引力，特别是作为优化定制或小批量零件的一种手段。
过去几年里，中档和消费级产品的激增推动了3D打印的发展，使其进入了中小型制造商的视野，而这些制造商以前对这项技术并不熟悉。更重要的是，工业级材料的进步，加上更广泛的材料选择，使得3D打印在生产生产部件方面更加可行。就在几年前，可供选择的材料有限，往往无法满足质量和强度要求。
奥巴马政府还加强了3D打印在先进制造和零部件生产中的作用。该公司成立于2012年，总部位于俄亥俄州扬斯敦美国使是一个由工业界、学术界和政府组织组成的公私合作伙伴关系，共同致力于发展3D打印技术，作为提高美国制造业在全球舞台上竞争力的一种手段。
所有这些势头都在帮助增材制造从原型工具转变为零件生产的可行替代方案。根据2016年沃勒斯报告，3D打印最终生产零件近年来飙升，从2010年占总市场的19.6%上升到2015年的一半以上(51.3%)话虽这是一家3D打印研究和咨询公司。
“人们越来越意识到这项技术以及如何使用它，”谷歌应用工程师埃里克•乌特利(Eric Utley)表示典型的实验室该公司是一家数字制造公司，专门从事快速旋转原型和小批量生产零件，既使用传统工艺，如注塑成型和CNC加工，也使用工业3D打印。“现在它已经进入了公众的视野，它更多地用于定制工具、小批量和最终用途部件。他补充说，3D打印已经成为Proto Labs业务中增长最快的部分。
材料的疯狂
Stratasys直接制造提供3D打印和咨询服务的公司Firestone首席运营官肯特•费尔斯通(Kent Firestone)表示，该公司也看到了客户对生产最终用途零件的需求激增。他说，Stratasys 2015年的一份报告《3D打印对制造业的迫在眉睫的影响》显示，到2018年，3D打印的最终用途部件应用将增长38%，其中航空航天和汽车行业的公司占主导地位。
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| 热塑性塑料、金属和合金的进步推动了Stratasys直接制造公司对最终用途零件应用的需求。 |
增材金属的首次亮相，以及Stratasys核心熔融沉积建模(FDM)技术的不断增强，该技术可以用生产级热塑性塑料3D打印耐用部件，这有助于制造商生产出能够满足实际使用的坚固部件。此外，对ABS和高性能ULTEM等熟悉材料的支持也有助于制造专业人员对最终结果感到满意。“当你有一个由ABS制成的零件时，客户开始考虑如何将ABS用于其他应用，并将[3D打印机]视为以另一种形式制造它的机器，”费尔斯通解释说。“我们可以开始说同一种语言了。”
3D打印并没有取代传统的制造方法，而是最适用于某些类型的零件和特定用例的生产。例如，专家说，3D打印的主要好处之一是能够输出传统制造方法无法生产的有机或复杂形状。减轻重量是将零件生产转向3D打印的另一个重要推动力，因为它提供了重新设计和整合零件以降低成本和提高效率的机会。
考虑到航空航天领域，制造商正在率先使用3D打印技术来改变零件设计。作为通用电气的一部分LEAP引擎开发工作在美国，该公司利用3D建模和3D打印技术重新设计并生产了一种燃料喷嘴，将从无数供应商那里采购的20个不同部件整合成一个单一部件，比传统制造工艺制造的部件轻25%，强度是传统制造工艺的五倍。据沃勒斯协会首席顾问兼总裁特里·沃勒斯(Terry Wohlers)介绍，空客将126个零件、27个紧固件和61个螺母组成的总装改造成了3个。
他解释说:“这项技术可以通过零件整合来减少零件数量、库存和装配劳动力。”“最先进的公司也在使用拓扑优化方法，即让数学来决定材料的位置。节省材料成本和重量可以高达40%或更高。此外，废品率也降到了最低。”
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| Fast Radius的按需制造网络利用工业3D打印和其他技术来生产高质量的零件。 |
除了复杂的零件外，3D打印还特别适合输出定制零件——那些限量版或小批量生产的零件——以使制造商节省昂贵的工具。由于几乎没有限制，3D打印为零件的设计开辟了整个范围的可能性，特别是当与3D建模和人工智能功能相结合时快速的半径该公司是一个按需零件生产平台，正在与UPS合作开发3D打印工厂。
“3D打印允许无限制的定制-你可以得到你想要的东西，你需要的时间和地点，以及所需的确切数量，”弗里说。“这将彻底改变全球供应链。公司可以按需生产零件，从而减少数百万美元的实物库存成本。他们能以极快的速度将产品推向市场，风险也小得多。他们可以以更高的价值和利润为客户定制生产。”
与此同时，制造商真的需要确切地了解3D打印如何以及在哪里可以带来好处。“如果客户认为增材制造既便宜又快速，因此是一种很好的生产工具，那么他们可能会在成本和交货期方面被误导，”公司总裁特雷西·阿尔伯斯(Tracy Albers)警告说rp + m是一家工程咨询和制造服务提供商。“你必须全面了解一个物体的传统制造方式，以及你希望改进的领域，成本和交货时间是多少，然后你才能真正决定什么是有意义的。”零件的尺寸和材料的选择是其他关键因素，可以帮助确定3D打印是否是一个合适的生产选择。
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| rp+m使客户能够在几天而不是几个月的时间内3D打印复杂的最终用途生产金属零件。 |
以传统的阀门或管道组件为例，通过使用3D打印技术，可以重新设计一个弯曲的孔，以改善层流。也许原始版本的零件用传统制造方法制造成本为1美元，但用增材制造技术生产成本为4美元。阿尔伯斯解释说:“你必须回答的问题是，客户是否会为流量的差异支付更多的钱。”“在某些情况下是可以的，但在某些情况下不是。”
第三方合作伙伴生态系统
对于3D打印最终用途部件的不断增长的需求，大部分是通过第三方服务提供商(如rp+m和Stratasys)来满足的，而不是通过内部的3D打印能力。此外，按需数字制造平台，如Fast Radius和3发现正在兴起，他们吹嘘自己有能力保持及时库存，并且可以在不进行重大基础设施投资的情况下获得最新的3D打印技术。
例如，有了3Discovered，制造商可以利用基于云的3D设计工具来创建定制零件以及分析工具，以确定零件设计是否适合3D打印。制造商还可以将重新设计的3D打印部件加载到数据库中，并在云中维护虚拟库存，3Discovered总裁Peer Munck解释道。3Discovered实际上并没有3D打印工厂，它依赖于一个由认证服务机构合作伙伴组成的网络，这些合作伙伴可以根据客户的需求进行专门匹配。“我们是一个制造平台，但没有任何制造设施，”蒙克说。
3Discovered的服务目标之一是生产难以找到的替换零件。先进技术服务(ATS)ATS的工程助理泰勒•布德(Tyler Budde)表示，该公司正在利用该服务重新设计和重建工厂车间设备中停产或缺货的部件，以更好地为客户服务。他解释说:“有了3D打印服务，零件有时会贵一点，但我们只订购所需的零件，这使我们能够支持以前无法支持的零件。”
Budde说，以前，ATS可能会尝试在内部重新生产这些零件，或者将它们运送到注塑机，但这个过程既耗时又不经济，特别是对于较小的零件。他补充说，使用3Discovered这样的服务机构也意味着ATS无需进行资本投资就可以使用一系列打印机和材料。Stratasys直接制造研究的受访者提到了外包增材制造能力的类似好处，包括获得先进的设备和材料(73%)，更少的投资风险(60%)，生产无法在内部制造的零件(53%)，以及获得增材制造专业知识(47%)。
无论制造商是将生产部件的3D打印外包还是决定投资于员工和技术以保持流程内部，毫无疑问，在特定情况下，该技术都可以比传统生产方法提供更多的好处。
Firestone表示，虽然3D打印的许多障碍已经解决，但获得支持仍然是一场艰苦的战斗，因此聘请合适的利益相关者对采用至关重要。他说:“你必须让一些人从商业角度来看待问题，而不是从纯粹的制造角度来看待问题。”“这是变化，而人们不喜欢变化。”
