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细说增材效益--详解增材制造将对市场产生深远影响

2016-08-06 10:44
FlappyBird
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  金属3D打印拥有的巨大潜力足以颠覆传统的产品设计和制造方式;它有助于推动有价值的产品创新,为开创全新业务模式创造机会。本文将探讨增材制造将给市场带来哪些实质性的变化,以及企业应采取何种措施来引领这场制造技术的革命。

  上一篇介绍了增材制造应用的阶梯模型的前两级台阶,在本文中,将继续介绍更上方的两级台阶。

  台阶2-零件集成

  这是开始改变产品设计的第一步,以便充分利用增材制造能够加工复杂形状的特性。在这种情况下,希望通过将多个零件集成到单一且完整的加工件中,精简产品中的零件数量。这一级台阶,有三个增材制造功能可发挥作用:

  a.多特征部件

  增材制造允许为部件设计细节特征,然后只需一次操作便可完成加工,无需额外的流程步骤。可消除工艺的复杂性,转而将其注入到零件中。

  将多个加工步骤合并为单一的增材制造操作,自动加工出的单一加工件便可替代复杂的装配流程,降低模具成本、缩短总加工时间以及缩短交货时间等。

  b.消除结合点

  在产品设计中,对传统制造过程无法一次完成的复杂形状,需加入接合点。接合点是指配对特征、紧固件、插头、垫片和密封圈等。它们会增加产品的零件数量、重量、加工和装配时间,也会导致产品结构中出现薄弱环节,各部件之间匹配不佳,埋下故障和性能隐患。因此最好避免接合点!

  增材制造可在一次操作中加工出复杂形状 — 例如下图所示的扭曲状波导管,有助于节省装配成本,提高长期使用效益。

  c.连环结构

  可在一次增材制造过程中生产具有连环结构的部件,无需进一步装配操作。如此可制造出外观整洁、极具吸引力的多功能零件。

  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%。

  b. 拓扑优化

  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,其重量是极为关键的因素。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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