2018年工業增材製造的5大趨勢
作者：歐特克公司數字製造部門增材製造業務拓展及行業戰略經理Duann Scott
本文原載於歐特克公司面向設計師、工程師、建設人員和創客群體打造的信息分享平台Redshift。Redshift每日分享極具啟發性的創新故事，提供實用的商業建議，旨在探索設計與製造的未來，助力企業贏得商業成功。
在消費品領域，3D列印的前景一度非常被看好，然而在過去兩年，其表現卻不容樂觀，並連帶拖累了一些主要廠商。畢竟就目前而言，增材製造還是一項非常專業的製造技術——如果不能生成好的3D模型，那列印3D產品也將成為空談。
在全球製造業日益發展壯大的背景下，增材製造技術的發展一直步履緩慢。然而隨著近年來金屬增材製造的崛起，這種狀況正逐漸發生改變。雖然發展速度不快，但增材製造已經開始像其他製造技術一樣被越來越多企業所採納，成為它們集成生產線上的一部分。這意味著製造商在軟體、材料和機器方面，開始擁有更多選擇。
今年，本行業勢必會在2017年的基礎上更進一步。以下是2018年工業增材製造領域可能會出現的5大趨勢。
產業化水平日益提高
近年來，工業增材製造的重點正在從原型向生產轉變，這是產業化水平提高的表現。在過去，行業在製造過程中的關注點一直放在原型工具上。但隨著製造商開始進入生產環境，它們需要建立更為高效的、可靠的生產過程。因為如果原型有問題，重新列印即可；但如果生產部件運轉有問題，那便會引起很大的麻煩。
目前，包括Additive Industries、EOS和Concept Laser等全球大型企業正在採用一種能在不同機器間運轉的自動化系統（即機器人），該系統可針對生產線上的不同區域切換相應功能。這種生產的自動化可以讓員工從危險、重複的工作中解放出來，有助於提高製造過程的可重複性和產業化水平。
關於可重複的生產過程，我們不妨看一看像米其林這樣的企業。據悉，米其林每年要列印將近100萬個金屬輪胎模具，得益於其高效的產業化生產過程，所有輪胎模具都將促進產品的最終實現。可以確定的是，大批量列印產品部件這種方法必然會在今後獲得更大普及。
多材料、專用材料和陶瓷的應用
目前，業內已出現採用金屬印表機的重大成就，今年企業必將在此基礎上繼續創新，以提升材料方面的靈活性。例如，以色列液態金屬3D列印公司XJet嘗試將金屬微粒懸浮在液體之中，而非使用激光熔化金屬粉末。這種方法改變了材料的屬性，使金屬顆粒結構更加細微，為列印多材料金屬提供了可能性。這是一種完全不同的金屬3D列印方法，且為衍生式設計帶來了潛在的好處，因為納米顆粒噴射讓列印更加複雜的內部結構和支撐部件成為可能。
還有一家名為Inkbit的企業對聚合物採取的做法與XJet對金屬的處理方式異曲同工。該企業的噴頭列印系統使用了具有高解析度、良好材料屬性，並可進行全彩聚合物列印的導電墨水。這種材料有助於生成功能性聚合物部件，很快激發了業界對高價值工程和高性能聚合物的關注。在汽車行業中，由於高性能塑料可以解決成本、應用方面的多種問題，因此這種技術非常值得關注。
同樣，專用材料也在崛起。在傳統的製造過程中，如果製造商遇到設計問題，有一種解決方案是專門針對一個部件制定一種定製材料。例如，耐克就使用過成千上萬種定製塑料。但對於增材製造，製造商通常只能在現有材料中選擇。不過，如今通用汽車、寶馬等大型廠商正在開始為增材製造尋找專用材料。
此外，陶瓷也正逐漸成為增材製造領域的新秀，可能會開創模具鑲件和機器精細部件的下一波發展浪潮。
增材技術在加工中得到廣泛採用
在製造領域，任何技術的創新都源自於產品生命周期的推動。對於主要的增材製造領域，如汽車、航空航天以及重型機械行業，產品的生命周期可能為3年、10年，有時甚至長達20年。所以，他們不會一開始就列印整個汽車，而是從加工零部件開始。比如對於產品生命周期為3年的汽車，可能只有兩三個部件會採用增材製造技術生產；而當10年後第二代推出時，汽車的三分之一都將包含增材製造部件，因為屆時汽車製造商將已掌握可靠的增材製造技術以及有效的訣竅。
在2016年的歐特克用戶大會上，通用電氣曾表示，到2020年，其25%的產品將涉及增材技術。涉及是一個有意思的詞，因為它並不代表整個產品都會使用增材技術製造，但意味著產品可能使用增材技術進行加工，或在較大的產品中包含一個小的列印部件。工具與模具行業是我們應該密切關注的重點。
增材技術用於生產複雜、昂貴的小型產品
隨著技術的日益成熟，增材製造將能生產複雜、昂貴的小型產品。此類產品主要出現在醫療、牙科領域。截至目前，已有超過1500萬個助聽器通過3D列印產生，從矯治器到牙冠等各種牙科器具的列印正在日益普及。很快，航空航天和汽車行業將接踵而至，開始採用增材製造技術生產複雜、昂貴的小型產品。
此類複雜部件不僅彰顯了增材製造技術的行業價值，還能促使其在市場中的進一步普及。雖然目前，這類短期部件的價格仍居高不下，然而一旦更多機器和附加材料就位，價格便會開始下跌。
通過軟體獲得成功
增材製造要想獲得成功，需要硬體、材料和軟體的緊密配合。目前市場上的軟體中，歐特克的Netfabb軟體專為增材製造而生，提供專用機器和材料相結合的建模準備功能，其中包含的設計優化工具，能夠幫助廠商實現產品輕量化和所需的硬度和柔韌度。通過快速模擬工具，Netfabb還能輕鬆預測金屬零件的結構應力和變形，自動修復模型缺陷，幫助企業解決增材製造的各種難題。
這款軟體還利用一種新的文件格式（3MF文件）來轉換和追蹤增材技術所需的豐富信息。3MF文件類型有望充分釋放當前和未來增材機器的無限潛力。這種文件類型是對STL文件的擴展，STL用點和三角形表示模型，但3MF針對多材料的梯度、晶格結構和機器屬性進行了擴展，以添加現有技術不能支持的屬性。歐特克是格式開發與採用聯盟的創始成員，其他創始成員還包括3D Systems、通用電氣、Materialize、微軟以及其他許多廠商。
部分內容由歐特克增材製造與複合材料部門的產品管理負責人Raphael Stargrove提供
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