使用3D打印減少零件數量，優(yōu)勢在哪？

美國宇航局和其他公開(kāi)研究表明，例如，在火箭發(fā)動(dòng)機中，80個(gè)部件可以減少到3個(gè)。同樣，通用電氣宣布利用12個(gè)3D打印部件取代Catalyst渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機上的800個(gè)部件。盡管如此，但大眾似乎還不夠了解為什么減少零件數量對于最終產(chǎn)品和制造如此有利。



△NASA和Rocketdyne的Baby Bantam 3D打印火箭發(fā)動(dòng)機將零件數量從幾十個(gè)顯著(zhù)減少到3個(gè)，同時(shí)加快了開(kāi)發(fā)時(shí)間并降低了成本。

總的來(lái)說(shuō)，如果減少裝配中的總組件數量，我們可以看到無(wú)數優(yōu)勢。例如，可以通過(guò)省去緊固件、膠水和材料來(lái)高效生產(chǎn)更高性能的最終零件。更少的緊固件和功能零件數量意味著(zhù)組件的整體重量將更輕。而一體化的出現也會(huì )以多種方式改變制造方式：以更低成本打印組件，更少的機器時(shí)間來(lái)制造。

另外，3D打印迭代設計在更改或開(kāi)發(fā)新設計方面將更便宜，同時(shí)也更快。例如，存儲零件集所需空間減少為單個(gè)零件的存儲空間；所有零件都可以單獨制作，更好地集成而非離散工作。在整體上，更少的零件也減少了許多其他變量，比如更少的表面積和更少的整體后處理表面，更少的處理成本，機器工時(shí)更少，進(jìn)而降低成本。QA和QC過(guò)程中的處理也將變得更少，這使得需要的零件更少，降低成本并加快過(guò)程。同時(shí)，一體化制造減少了工具的使用量，使Buy-to-Fly比率得到改善。



△GE Catalyst是世界上第一臺采用3D打印組件的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機，新型的結構設計因為3D打印降低了制造復雜性，它將此前通過(guò)傳統工藝制造的855個(gè)零件經(jīng)過(guò)結構優(yōu)化減少為12個(gè)部件，零件數量的減少極大提高了生產(chǎn)效率，并將發(fā)動(dòng)機的重量減少了5％，燃油效率提高了1％，這顯示出3D打印集成制造優(yōu)勢。

通過(guò)減少材料用量來(lái)減少的組件數量對于整體的影響將更加復雜。比如，移除緊固件、一體化和改變零件形狀等能夠從根本上改變最終零件外形。由于零件更少、質(zhì)量更輕和制造集中化，運輸成本也降低了。更少的材料、運輸和機器時(shí)間還可能會(huì )導致更少的排放和更少的能源使用量，從而提高整體可持續性；而更少的零件、工具和材料在總體上也會(huì )降低存儲成本，這大大地減少了存儲時(shí)間和工廠(chǎng)存儲面積的需求以及相關(guān)輔助費用。3D制造在資本上的節約還不止于此。在新產(chǎn)品問(wèn)世之前，使用3D打印能夠在工具、備件上投入更少資金，需要時(shí)還可保留工具。備件的資金減少進(jìn)一步降低了倉庫、人員操作等成本。



△中框組件由過(guò)去的300個(gè)零件優(yōu)化為一個(gè)

從零件角度來(lái)看，3D打印能夠更快地重新設計零件，且不需要更改工具。同時(shí)，重新設計零件也變得更加便宜、快捷。通過(guò)分布式生產(chǎn)方式，還能從空間角度上簡(jiǎn)化倉儲和物流。然而，零件一體化意味著(zhù)最終生產(chǎn)的部件將更大，也更復雜，因此在它們損壞時(shí)，替換時(shí)零件生產(chǎn)商所收取的費用也會(huì )增加。這或許對用戶(hù)來(lái)說(shuō)不具有優(yōu)勢，但好處卻能夠使操作員在MRO和更換備件時(shí)易于操作?；谶@一點(diǎn)，MRO和備件服務(wù)商可能會(huì )通過(guò)銷(xiāo)售更昂貴的零件和更簡(jiǎn)單的操作方式來(lái)賺取更多利潤。

3D打印的出現使設計迭代變得更加快速、容易，特別是可以在一個(gè)新部件中處理對其他部分的影響。伴隨著(zhù)運輸成本的減少，供應商的訂單風(fēng)險也相對降低。新產(chǎn)品所需的現金流和資本支出減更快速地響應市嘗更改產(chǎn)品以滿(mǎn)足新的競爭對手、利基市場(chǎng)或應用。這意味著(zhù)未來(lái)的產(chǎn)品更新速度將會(huì )更快，成本更低。



△一體化使制造效率提升

更少的零件意味著(zhù)更少的服務(wù)成本，更換零件所需時(shí)間更少，使得總體停機時(shí)間也更少，這可以減少維護成本。由于重新設計的成本更低，可以在使產(chǎn)品版本方面更加大膽，或在提高質(zhì)量方面承擔更多風(fēng)險，這能夠變相刺激產(chǎn)品組合、專(zhuān)利以及技術(shù)的不斷發(fā)展。而裝配時(shí)間和步驟的減少能夠降低操作人員的失誤率，還可以消除緊固件、膠水和材料相互干擾的風(fēng)險、減少材料故障，而整體生產(chǎn)速度也大大加快了。另外，自動(dòng)化流程能夠為制造業(yè)提供更高的可靠性和可重復性，同時(shí)還可以排除認為因素的干擾。這將縮短未來(lái)的新產(chǎn)品的上市時(shí)間，使相關(guān)企業(yè)在未來(lái)市場(chǎng)上更具有競爭力。

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