通過3D打印推動(dòng)商業(yè)和公共交通的可持續(xù)性發(fā)展

魔猴君  行業(yè)資訊   809天前

導(dǎo)讀：隨著近兩年大流行疫情的蔓延，我們開始逐漸意識(shí)到經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性是多么容易受到干擾。它對(duì)供應(yīng)鏈和全球經(jīng)濟(jì)的負(fù)面影響如此之大，以至于各國(guó)政府都在實(shí)施各種舉措，努力扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)。例如，拜登總統(tǒng)的增材制造推進(jìn)計(jì)劃（AM Forward），印度的增材制造國(guó)家戰(zhàn)略（AM）。

在全球范圍內(nèi)，商業(yè)和客運(yùn)，如卡車、公共汽車和鐵路，也成為這一趨勢(shì)的受害者。由于需求減少、勞動(dòng)力短缺和供應(yīng)鏈延遲，這些行業(yè)正處于深度低迷之中。其中許多制造商已經(jīng)開始實(shí)施定制的產(chǎn)品配置，以保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，然而，他們提供這些產(chǎn)品的能力已經(jīng)深受影響。約翰迪爾阿根廷公司總裁的安東尼奧-加西亞說："沒有比不能及時(shí)制造的零件更昂貴的零件了。“他和目前的許多人一樣，承認(rèn)需要實(shí)施更敏捷的產(chǎn)品創(chuàng)新和靈活的制造工藝，以保持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，并保證在這個(gè)新的大流行疫情后期現(xiàn)實(shí)交易中的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)。

貨物運(yùn)輸和乘客過境的大幅減少迫使商業(yè)貨運(yùn)公司和公共交通運(yùn)營(yíng)商停放他們的大部分資產(chǎn)。他們現(xiàn)在有能力讓這些資產(chǎn)重新投入運(yùn)營(yíng)，但發(fā)現(xiàn)自己需要合格的維修勞動(dòng)力，尋找到合適的備件一個(gè)難題。有鑒于此，運(yùn)輸制造商和直接供應(yīng)商正在重新評(píng)估他們的財(cái)務(wù)戰(zhàn)略，以實(shí)現(xiàn)有彈性的供應(yīng)鏈。他們開始越來越重視關(guān)鍵部件的速度和組件的可用性，整合垂直流程，并與位于其裝配地點(diǎn)附近的區(qū)域供應(yīng)商建立伙伴關(guān)系。

增材制造（AM）已經(jīng)證明了其通過提高生產(chǎn)力來支持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性的價(jià)值。增材制造可以促進(jìn)快速創(chuàng)新，并通過減少零件數(shù)量、簡(jiǎn)化零件物流和減少90%的庫(kù)存水平，將上市速度提高到3倍。這將帶來無盡的好處，包括減少潛在延誤的風(fēng)險(xiǎn)，以及簡(jiǎn)化裝配操作，減少勞動(dòng)力。此外，通過增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)的整體部件，產(chǎn)品質(zhì)量得到改善，從而提高了可靠性。因此，對(duì)服務(wù)支持的需求減少了，從而減少了更換零件的數(shù)量（可達(dá)60%）。由于對(duì)庫(kù)存的需求減少，在產(chǎn)品報(bào)廢時(shí)，也減少了對(duì)停產(chǎn)庫(kù)存零件的處理需求。

圖1. 機(jī)車IGBT相位模塊的散熱器的傳統(tǒng)和增材制造工藝對(duì)比圖
顯示了利用增材制造減少制造周期、避免生產(chǎn)工具和減少WIP的好處。

增材制造環(huán)境可持續(xù)性上同樣展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榕c減材制造相比，增材制造能夠生產(chǎn)出所需材料更少的零件、制造輔助設(shè)備和工具，從而減少浪費(fèi)。能夠按需生產(chǎn)零件和生產(chǎn)工具，而不是把它們儲(chǔ)存在貨架上，這也節(jié)省了倉(cāng)庫(kù)空間，同時(shí)消除了儲(chǔ)存昂貴的庫(kù)存以支持停產(chǎn)產(chǎn)品的必要性。最后，由于增材制造提供了設(shè)計(jì)上的自由，可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)制造技術(shù)不可能生產(chǎn)的零件，它為工程師提供了為應(yīng)用設(shè)計(jì)而不是為制造能力設(shè)計(jì)的途徑，從而使他們能夠開發(fā)出更加節(jié)能的產(chǎn)品。

圖2. 在3D Systems的DMP Flex 350 Dual上使用LaserForm AlSi10Mg (A)材料3D打印的優(yōu)化和集成的雙氣動(dòng)閥的切面和裝配，與傳統(tǒng)制造相比，質(zhì)量減少了42%，并取消了15個(gè)零件。

增材制造自80年代誕生以來，隨著許多不同類型的打印技術(shù)（如光聚合物、粉末床熔融、直接金屬打印等）的加入而不斷發(fā)展。我們還看到們，為滿足最終使用的生產(chǎn)需求，制造商所設(shè)計(jì)的材料數(shù)量不斷增加，并整合了先進(jìn)的軟件應(yīng)用程序，使設(shè)計(jì)自由度最大化。增材制造已經(jīng)成為交通創(chuàng)新的轉(zhuǎn)型工程工具，也是垂直整合戰(zhàn)略的關(guān)鍵加速器，其界面更加簡(jiǎn)單，便于采用。增材制造不僅僅是一種新的生產(chǎn)模式，它還實(shí)現(xiàn)了一種具有獨(dú)特商業(yè)利益的不同范式。

無需工裝的生產(chǎn)零件

增材制造是一個(gè)固有的過程，它消除了生產(chǎn)過程中的一個(gè)主要人工制品——工具。從數(shù)字化模擬中直接生產(chǎn)部件的能力不僅使過程更有效率，而且允許商業(yè)模式的分散化，快速適應(yīng)和交付客戶體驗(yàn)，以及以更少的制造開銷和浪費(fèi)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

圖3. 在3D Systems公司的DMP Flex 350 Dual上使用LaserForm AlSi7Mg0.6（A）材料打印的優(yōu)化的液體冷卻熱交換器的切面，與傳統(tǒng)的空氣冷卻散熱器相比，節(jié)省了83%的空間，并取消了97個(gè)零件。

數(shù)字化庫(kù)存管理

由于數(shù)字加密和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)技術(shù)的快速發(fā)展，如數(shù)字版權(quán)管理（DRM）或區(qū)塊鏈系統(tǒng)，保護(hù)3D模型和3D打印參數(shù)是一個(gè)與增材制造技術(shù)完美結(jié)合的現(xiàn)實(shí)。設(shè)計(jì)所有者現(xiàn)在可以在全球范圍內(nèi)發(fā)布數(shù)字信息，控制將生產(chǎn)多少物理零件并保證質(zhì)量，而遠(yuǎn)程用戶或制造商可以按需打印，而不需要運(yùn)輸、保險(xiǎn)、存儲(chǔ)或維護(hù)庫(kù)存。

圖4. 加密3D模型和技術(shù)數(shù)據(jù)包的圖形表示，數(shù)字密鑰可以控制要打印的數(shù)量及其制造參數(shù)，如材料、工具路徑、溫度、速度等。

快速生產(chǎn)工具

與汽車行業(yè)相比，商業(yè)和公共交通需要大得多的零件，雖然增材制造技術(shù)在生產(chǎn)力和構(gòu)建尺寸上不斷增長(zhǎng)，但一些關(guān)鍵零件仍然無法使用目前的3D打印機(jī)生產(chǎn)。許多零件（如大型金屬鑄件、車身外部零件、大型內(nèi)飾板）也不能像預(yù)期的那樣有效地生產(chǎn)，以滿足終端消費(fèi)的需要，因此需要以傳統(tǒng)方式制造。在這些情況下，增材制造是創(chuàng)建快速的中低量級(jí)模具和鑄造模式的完美解決方案，無論是犧牲性模板還是可重復(fù)使用模板，其優(yōu)點(diǎn)是可以將它們作為數(shù)字庫(kù)存工具來維護(hù)，并消除對(duì)環(huán)境控制的存儲(chǔ)空間多年的需求。

圖5. 使用Titan Atlas 3.6和PC-GF10，以10%的填充密度在FDM中打印的真空成型模具，根據(jù)EN 45545-2:2013 R1，用PC板熱成型一個(gè)3毫米的FR地鐵列車面板。

借力增材制造，將交通創(chuàng)新轉(zhuǎn)為全速前進(jìn)

具有堅(jiān)實(shí)的可持續(xù)發(fā)展長(zhǎng)期愿景的公司，應(yīng)努力以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、解決社會(huì)挑戰(zhàn)的方式運(yùn)作，并通過使用可再生資源和消除浪費(fèi)來保護(hù)地球。先進(jìn)運(yùn)輸制造商和直接供應(yīng)商正在重新評(píng)估他們的財(cái)務(wù)戰(zhàn)略，以實(shí)現(xiàn)有彈性的供應(yīng)鏈：對(duì)關(guān)鍵部件的速度和部件的可用性越來越重視，許多人正在通過將增材制造納入他們的生產(chǎn)工作流程而實(shí)現(xiàn)成功。對(duì)于那些考慮走這條路的人來說，了解初始資本投資水平、符合業(yè)務(wù)需求的正確技術(shù)以及技術(shù)培訓(xùn)的要求似乎都很艱巨。這就是參與戰(zhàn)略伙伴可以在提供技術(shù)援助和端到端解決方案方面發(fā)揮很大作用的地方，這不僅有助于執(zhí)行增材制造的采用，還可以為他們的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)最大的利益。

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