本期，3D科学谷将结合美国大型3D打印服务企业Proto Labs的应用工程师所总结的增材制造六个设计要素，来剖析如何才能够减少3D打印带来的额外制造成本，更好的发挥3D打印在降低企业制造成本和提高综合效益方面的优势。

--1. 优化设计
精心设计的3D打印零件遵循的许多原则与注塑成型相似，比如说：在相邻表面之间使用渐变过渡；避免横截面积和零件体积之间的差异巨大的情况；避免出现在成品工件上产生残留应力的尖角；无支撑的薄壁结构不能过高，否则会出现翘曲。请参考延伸阅读：金属3D打印-增材制造设计指南（上）

--2.抛弃传统
典型的3D打印零件往往带有仿生设计，比如说蜂窝结构或复杂点阵结构。不要害怕在设计时使用这种结构，只要它们能够创造出更轻、更坚固的部件。

图片来源：雷尼绍

不必忌讳在设计中使用孔状结构，因为通过传统制造方式在零件中钻孔无形中增加了材料的浪费，从而导致成本上升。

但应注意的是，在增材制造时，尤其是选区激光熔融金属3D技术制造圆孔时需综合考虑是否添加孔洞的支撑结构以及下表面可能会出现的变形情况，有些情况下，考虑采用泪滴形或六角形等孔形结构来代替圆孔是更好的设计方式。请参考延伸阅读：金属3D打印-增材制造设计指南（下）

--3.综合考虑零件大批量生产时的制造方式
3D打印技术能够实现自由造型，为零件设计创新带来了很大空间，比如说3D打印技术可以制造出具有很多孔洞结构的零件，但这并不意味着一定要这样来设计零件。

这是由于，很多企业认识到3D打印技术能够胜任零部件小批量生产，但是一旦企业所需要的产量大量上升时，仍需要考虑转换成机械加工、铸造等传统工艺，在这种情况下，设计师需要在设计早期就综合考虑零件将来投入量产时所采用的制造工艺是否也同样能够成功的实现出设计方案，从而在设计时做出权衡。

在设计周期早期进行可制造性（DFM）分析非常重要，做到这一点将确保企业在整个零件生命周期中实现具有成本效益的生产。

--4.减少打印后的二次操作
部分3D打印工艺中需要为打印零件添加支撑结构，以防止零件卷曲和翘曲，例如在使用选区激光熔融设备加工金属零件时，通常需要为悬伸结构添加支撑；立体光固化（SLA）3D打印中，也存在着需要添加支撑结构的情况。

打印中形成的金属支撑结构，在打印完成之后需要通过机加工等方式去除，塑料支撑结构需要通过手持磨砂机等方式加以去除。但不论是何种去支撑的方式，都会增加成本，延发制造周期。因此设计时应考虑通过改变设计、改变零件摆放的等方式来尽量避免为零件添加支撑结构。

--5.观察公差
为了满足金属零部件对公差的要求，有时配合使用机械加工等二次加工工艺是必要的，但过度追求公差要求将会对3D打印零件的设计和制造产生影响，比如说为过度追求精度而增加打印层数，从而导致打印时间和打印成本增加。延伸阅读：金属3D打印零件机械加工中的挑战和解决方案；3D打印后处理的“门道”

采用恰当的设计策略，有时可以减少使用打印后处理工艺，比如说悬伸结构表面（下表层），通常比垂直壁面和朝上表面的表面光洁度差，如果要生产具有最佳精度的细节特征，那么最好在设计时将这些特征定位在零件的上表层。

--6.顾全大局
虽然3D打印的材料成本、设备成本比成熟的传统制造工艺高，但不要因此而望而却步。

在进行3D打印零部件设计时，更应紧紧抓住3D打印技术在实现复杂轻量化结构，功能集成化零件方面的优势，尽可能激发3D打印在零部件设计优化中所起到的作用。延伸阅读：3D打印实现轻量化的四种途径

也就是说，面对3D打印技术时如果仅关注这项技术对于制造成本的影响，而忽略掉全面考虑该技术在重塑产品设计和功能，以及重塑供应链方面的潜力，会使企业错过3D打印创造的更多综合效益。延伸阅读：金属增材制造的价值台阶

资料下载，请加入3D科学谷3D产业链QQ群：529965687
更多信息或查找往期文章，请登陆www.51shape.com,在首页搜索关键词
网站投稿请发送至2509957133@qq.com

在多年应用3D打印技术的过程中，Proto Labs 见证了3D打印技术的发展，他们发现3D打印技术的一个明显应用趋势是从原型走向生产领域。Proto Labs 3D打印业务的产品经理Greg Thompson 根据日常业务中所积累的经验，总结了一些对3D打印技术的价值、应用和发展趋势看法。

Proto Labs 通过3D打印设备、CNC 设备以及注塑技术提供一站式的快速原型和小批量生产服务。目前，Proto Labs 支持的大部分应用是原型设计。然而，随着3D打印技术的发展和应用经验的积累，Proto Labs 发现3D打印技术在生产和终端零件制造中的应用比重逐渐增加。

目前引领增材制造在生产中应用的行业以航空航天、医疗行业为主。然而，Proto Labs 在为制造业客户提供服务的时候发现，3D打印技术已经引起了从消费产品到工业设备制造等各行业的重视。在这些领域中，大多数工程师和或项目经理至少考虑增材制造技术作为设计和制造产品的选择。

图片来源：Proto Labs

3D打印技术与终端零部件或产品生产之间最成功的结合点，是利用3D打印寻求新设计或者是实现更短的产品迭代周期，而这类设计或迭代周期是通过传统方法无法实现的。其中最常见的设计目标包括在进行零件设计时减少组件的数量，并将其作为一个整体的部分进行打印。

根据3D科学谷的市场研究，在这一方面，航空航天制造企业开发了一些典型的应用，例如，GE LEAP 航空发动机中的增材制造燃油喷嘴，客车防务及航天公司在进行了设计优化创新的增材制造射频滤波器等应用案例。以3D打印射频滤波器案例为例，之前的射频滤波器是按照传统的标准化元素设计的，部件的形状和连接由铣削和电火花腐蚀等典型制造工艺决定。然后，滤波器的腔体需要通过加工将两个部分固定在一起。显然这样做的话重量会比较重，需要装配的部分也会增加生产时间，还需要额外的质量评估。而3D打印带来的整体式设计，使滤波器不再需要紧固件来将部件结合在一起，所以部件数量其实减少了。使用直接金属打印，还有一个额外的好处就是部件的外轮廓与内轮廓更紧密。成本和生产时间的优势来源于装配和后处理时间的缩短。

3D打印技术在支持用户寻求新设计方面的优势，还体现在产品设计师设计出一些具有复杂几何形状或仿生结构的3D打印零件，通过零件在设计方面的优化来提升零件性能，例如，通过点阵结构来实现零部件的轻量化。对于这类特殊的设计方案，3D打印技术是最佳的制造解决方案。

当然，将3D打印技术融入到生产中仅从挖掘3D打印技术的应用价值方面入手是不够的，无论是提供3D打印技术的企业还是制造业的用户，都需要解决制约3D打印技术走向生产的障碍。对于前者，Proto Labs公司的3D打印客户正在全面验证整个增材制造工艺，在此过程中，客户会对3D打印的速度、一致性和可靠性进行理解与掌握，尤其是对于用于最终生产中的3D打印零部件，客户需要从这些角度对零件进行全面的验证。

对于3D打印技术的成本和价值方面的考量，Proto Labs公司的建议是，制造用户应该考虑通过3D打印技术来改变设计和制造流程，而不是简单的用3D打印技术替代现有的制造技术，这通常是不能发挥3D打印技术的作用的。如果企业用户考虑在生产中引入3D打印技术时，并没有考虑到对期制造流程或零件设计就进行改变，那么就会错过由这些创新所带来的整体制造成本降低和增值效益。

随着3D打印材料、设备本身的进步，3D打印相关后处理技术自动化水平的提高，以及GE、惠普等大型企业在增材制造领域的投入，企业将3D打印技术应用在生产领域中的成本将逐渐降低。

下载资料，请加入3D科学谷3D产业链QQ群：529965687
查找往期文章，请登陆www.51shape.com,在首页搜索关键词
网站投稿请发送至editor@51shape.com

美国3D打印服务商Proto Labs如今在北卡罗来纳州的卡瑞建造了一个7000多平方米的大型工厂，本期，3D科学谷与谷友一起来看3D打印工厂中的“巨无霸”到底是什么样的？

图片来源：Proto Labs

当然Proto Labs并非一冲动投入如此大的手笔，在新厂之前，他们有两个独立的生产中心，每个大约1000平方米大，一个主要用于SLA光固化技术，一个用于SLM选择性激光融化和SLS选择性激光烧结技术。随着市场需求的增长，Proto Labs想通过原有的产能来满足订单增长的挑战变得越来越吃力，于是才有了这个7000多平方米的“巨型”工厂，为下一步的产能扩张做铺垫。

Proto Labs将原来的70多台设备都搬到了新厂房，这使得他们的设备集中到一个屋檐下了，而且围绕着生产区域，他们还布局了办公和实验室。工厂里预留了3至5年内Proto Labs为扩大产能需添置的设备的空间，这避免了Proto Labs在产能扩张时临时抱佛脚到处寻找工厂的焦虑。

图片来源：Proto Labs

新厂里面目前的设备是SLA、SLS和SLM技术的设备，而作为HP的第一个客户，很快Proto Labs将添置惠普的多射流融合技术设备。

图片来源：Proto Labs

仅仅是使用多种设备无疑并不能体现3D打印服务商的运营能力，Proto Labs制造服务的一个特点是用来驱动公司整体工作流程的自动化软件。整个的工作流程依赖于一个“数字线”，连接业务的每一个方面，从报价生成到打印再到运输标签和发送订单都实现自动化的管理工作。

图片来源：Proto Labs

当然这期间也有人工干预，当涉及到操作打印机和准备零件制造的时候，而自动化的好处是使得Proto Labs能够简化数据处理和订单处理流程，使得成本紧凑高效和避免错误。

图片来源：Proto Labs

为了提高订单的处理和交付过程的效率，Proto Labs的管理软件执行的一些主要功能包括：

-自动检查与3D打印文件相关的几何问题
-设置订单的数量和零件编号
-触发机器操作的工作流程
-审核发送到机器的文件
-运行机器本身

这个数字线程是通过通用软件系统的方式，只所以使用软件来管理，是因为Proto Labs发现人工交流过程中存在着低效和容易发生错误的现象，而通过项目规划和软件管理，使得Proto Labs通过更专业的方式来赢得竞争。

除了自动化管理体系，值得一提的是Proto Labs的3D打印业务只是其收购的FineLine转化过来的。3D科学谷了解到Proto Labs的主要业务是原型制造和小批量生产，在2014年收购3D打印服务公司FineLine之前，Proto Labs通过CNC机加工和注塑设备为其客户提供服务。可以说通过3D打印以及CNC机加工和注塑加工的相互配合，使得Proto Labs提高了为用户提供一站式加工服务的能力并扩大了在外包服务领域的影响力，而3D打印业务的增长速度比FineLine在收购前的年增长25%到30%更快了。

3D科学谷总结下来Proto Labs能够敢于投资7000多平方的工厂的原因有三：

-Proto Labs 深耕加工服务领域多年的订单来源为3D打印服务业务的快速扩张奠定了基础。

-Proto Labs 3D打印服务的几大业务板块便于为客户提供多样化的解决方案，从光固化到金属融化以及金属和尼龙烧结服务。

-Proto Labs的自动化流程管理使得Proto Labs获得了精益制造的领先优势，节约沟通成本、提高效率、为客户创造价值。

这或许可以为国内的3D打印服务商的成长之路带来些许启示。

网站投稿请发送至editor@51shape.com