3D打印設計戰(zhàn)略：是優(yōu)化原有設計還是從零開始設計？
制造商在面對引入增材制造的時候，通常思路會不由自主的鎖定要用3D打印技術來加工當前為機加工而設計的零件，有的時候出發(fā)點是專注于生產(chǎn)效益，比如說為了節(jié)省材料，因為通過機加工往往需要切除大量的金屬材料。而就目前的3D打印尤其是金屬3D打印成本來說，除非加工的是比較貴重的金屬，通常為了節(jié)約材料而引入3D打印往往會發(fā)現(xiàn)3D打印帶來的單件成本更高。
那么制造商通常會感到困惑，一方面無論是政府層面還是社會各界，都在強調應該給予增材制造足夠的重視，而另一方面增材制造技術如何與現(xiàn)有的生產(chǎn)技術結合卻是件讓人迷茫的事情。本期，通過案例來與網(wǎng)友一起體驗增材制造的引入需要做的戰(zhàn)略準備。
為了更好的理解增材制造設計思路的出發(fā)點有哪些，引用金屬3D打印設備制造商雷尼紹的分類方式：生產(chǎn)效益往往包括更少的材料浪費，更少的模具費用，更短的加工時間，更簡單的組裝要求，自動化等等；產(chǎn)品效益包括更輕的產(chǎn)品（例如：輕量化節(jié)約燃油等等），更快的新產(chǎn)品投放速度，更高的產(chǎn)品可靠性，更高的產(chǎn)品性能，更好的適應性，更具吸引力的產(chǎn)品，減少庫存，更快的反應性。
產(chǎn)品效益（綜合效益）是制造商容易忽視的一個思路方向，要提高產(chǎn)品效益就需要在現(xiàn)有的零件基礎上進行為了增材制造而設計的產(chǎn)品性能結構優(yōu)化，或者是拋開現(xiàn)有的產(chǎn)品設計，從零開始完全為了增材制造而設計。
當然，要提醒的是并不是每個制造商都有自由度制造新設計的零件，通常一個新設計的零件要通過重重認證是非常困難的事情。在這種情況下，只考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)效率是對的。
案例研究－液壓歧管
先看一下液壓岐管常見的設計問題：下圖是一個經(jīng)典的能承受200-500 bar壓力的液壓歧管。這個組件包括一個簡單的電路組成的雙止回閥、磁閥及其相關的出口端口。
上圖：液壓岐管的關鍵組成結構
常規(guī)設計-液壓塊
傳統(tǒng)的液壓塊如下圖，這種設計重量是4.6公斤（10磅）。
這種傳統(tǒng)閥塊的好處是：設計階段是相對直來直去。它的局限性是我們得到的是次優(yōu)的流體傳熱性能，并且由于交叉鉆孔管道網(wǎng)絡的加工限制，使得閥塊大又重。不僅多用了材料還帶來了閥塊性能上的妥協(xié)，而且在內(nèi)部通道中還需要八個額外的壓塞部件來調整內(nèi)部壓力。
增材制造設計戰(zhàn)略－在原有基礎上優(yōu)化
從優(yōu)化產(chǎn)品的性能來出發(fā)，從提取流體路徑開始，包括那些交叉鉆孔設計，這跟傳統(tǒng)機械加工從一個堅實的金屬塊開始不同，這一步需要把傳統(tǒng)加工流體并不通過而只是為了加工需求而鉆的孔的這部分設計去掉，留下那些流體會經(jīng)過的管道和功能歧管。
通過雷尼紹的AfAM設計平臺，軟件計算提取的管道所需要承擔的壓力要求，然后決定增材制造的加工方向，并且增加管路之間的連接結構為管路成為一個整體提供有效支撐，并且在增材制造過程中實現(xiàn)支撐目的。最后來決定那些需要通過機加工進一步車削來實現(xiàn)精確的接口的部分。
通過這個過程，液壓閥塊達到只有1公斤的重量（2.2磅），減重了78%。不僅減重，還帶來了改進的流量性能，并且沒有壓力插頭。
3D科學谷了解到如此好的進展仍有一定的局限性。一方面，水平通道部分需要支撐，所以事先必須留有足夠的材料來實現(xiàn)支撐目的。另外，這樣輕量化的部件自然不如原來的閥塊剛性強，這些因素都可能會使加工過程復雜化。
增材制造設計戰(zhàn)略－為增材制造而從零開始設計
完全的排開原有的產(chǎn)品設計，從零開始的設計是可能的嗎？當然，這一切能實現(xiàn)的基礎是圍繞著產(chǎn)品的性能要求。
在實現(xiàn)產(chǎn)品性能的過程中，設計上一方面可以將所有的閥門都指向同一個方向，這樣減少了對支撐的需要，同時也最大限度地減少所需的連接通道的材料。
緊湊的設計也從本質上提高了組件的剛性。不僅如此，還可以鞏固出口的設計，這樣的設計方法帶來了重量僅0.4公斤（0.88磅）的結果。
案例來源：雷尼紹全球方案中心總監(jiān)：Marc Saunders
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