3D打印发展的三个阶段

作者:Materialise副总裁兼软件部门总经理Stefaan Motte先生 文章来源:MM《现代制造》 点击数:272 发布时间:2018-11-02
随着越来越多的公司正在将3D打印作为一种替代性制造技术,打印服务机构所面对的成本竞争环境比以往更激烈。因此他们正在寻找提升运营规模、提高生产力和降低总成本的方法。软件特别是仿真软件,将帮助他们逐渐降低主要的成本,同时扩大业务规模以满足未来客户的需求。
3D打印发展的三个阶段

对于从早期开始一直关注3D打印的人们来说,这项技术并非新兴事物。大约30年前第一台3D打印机问世,当时的3D打印技术还在探索初期。Materialise的首席执行官Fried Vancraen先生在1990年购买了他的第一台3D打印机,但他发现这台打印机的打印质量并不好,打印高质量的部件也就无法保证。于是他组建了一个编写最初软件代码的团队,让打印机能够将设计变为现实。这些代码便是Magics软件的起源,即当前用于为3D打印准备文件的行业标准软件。

那么,这个团队计划打印的第一个部件会是什么?就是我们最熟悉的物品之一——啤酒杯。这是一个真实的故事:那时候3D打印出典型的比利时星形啤酒杯是不可能的,这也是我们Magics软件面临的第一个挑战。当时我们专注于让3D打印机变得可用,增强软件和打印机之间的连接。随着更多新设计的产生,例如复杂且轻量化的结构和仿生形状,我们又进一步开发软件,将这些设计用3D打印变为现实。

让3D打印有意义

在让3D打印变得可用后,新的问题很快就又出现了,那就是我们应该如何使用这项新技术,即哪些3D打印的应用是有价值、有影响力和有意义的?3D打印不仅是“不同的创造方式”,更是“创造不同的方式”。成功应用该技术的关键在于找到真正受益于3D打印提供的工艺、设计和制造优化的应用。通过共同创造、深入协作的过程,我们帮助企业找到了可以产生实际业务增长的有意义的应用。

一个非常有影响力的案例是3D打印在助听器行业的应用。在助听器行业发现3D打印的力量后,这个行业发生了快速的变化。500天内,美国超过90%的助听器公司从传统制造转为3D打印,整个行业在短短几个月内就发生了变化。同样的,3D打印对医疗保健行业也产生了巨大影响,我们创造了第一个定制化手术导板和定制化手术植入体,改变了人们的生活,并帮助研究人员、工程师和临床医生实现了理想的治疗效果。今天,我们正在利用这些变革的蓝图实现眼镜行业的转变。我们也看到制造业企业越来越多地正在应用3D打印技术。汽车、航空航天和消费品行业的领导者也开始转向3D打印,因为他们认识到3D打印带给现有垂直行业应用的设计优化能力,以及3D打印在新兴市场中创造重要商机的潜力。

Materialise 3D打印膝关节外科手术导板
Materialise 3D打印膝关节外科手术导板

让3D打印所有回报

至此,我们已经证明Materialise能够让3D打印变得可用。新材料的开发、更好更快的打印机和更高的自动化程度不断为3D打印行业提供新的动力。这有助于将3D打印定位为原型技术同时,也将生产最终产品的一种重要的替代性、补充性制造技术。我们也正在努力让3D打印变得更有意义,目前我们已经找到并开发出了一些使用3D打印而变得更有意义的应用,并且在继续寻找新的应用。我们的下一个挑战是要让这些应用有所回报。

为了能够实现这样的目标,我们需要扩大生产规模,实现批量制造。我们需要实现大规模生产,使其具有经济性、可持续性和盈利性。

面向生产力的软件

如今,医疗、航空和汽车行业的领先企业正在采用3D打印生产最终产品。我们的软件可以帮助企业解决主要成本驱动因素:劳动力、材料和打印机,从而扩大其运营规模,提高其盈利能力和生产力。3D打印行业的现状是许多中小型企业目前仅仅能够保持收入与支出的平衡,在盈利方面还是有一些困难,尤其对于同质化产品而言,竞争尤为激烈,而这正是我们的软件能够发挥关键作用的地方。

这里可以以一个实际案例进行说明:我们的e-Stage for Metal软件,可以自动为金属3D打印生成支撑结构。该软件将数据准备的时间缩短了90%,将支撑移除的时间缩短了50%,并使粉末回收率接近100%。另外一个案例则是我们用于激光烧结的自动嵌套功能,它一次可以比之前的部件数量多打印25%,从而提高了打印机的生产力,此外自动嵌套功能可将人工处理时间从8h减少到40min。

除了自动化,通过使用仿真软件也可以提高生产力。仿真可帮助操作人员通过创建虚拟原型来预测和分析打印期间部件的行为,从而优化打印准备流程,减少重新打印和打印失败带来的高额损失。在将仿真应用于我们自己的打印流程中,我们发现,以同等质量打印相同的部件能够提速42%。现在,金属部件的打印失败率为10%~15%,这些部件需要重新打印。而打印失败的或打印出不合格部件的成本非常高,特别是对于金属3D打印。

一台金属打印机运行一年通常需要的成本约为400000~500000美元,我们的自动化支撑生成软件可以降低10%(40000美元)的成本。增加仿真模块后的软件能够帮助客户降低打印失败率,在此前基础上再节省数万美元,具体取决于部件的几何形状。总的来说,软件可以将打印机的总成本降低10%或更多。对于能以5%的利润率运行的工厂来说(实际上并没有多少工厂能以5%的利润率运行),这意味着,面临的情况就是亏损或是盈利。

随着越来越多的公司正在将3D打印作为一种替代性制造技术,打印服务机构所面对的成本竞争环境比以往更激烈。因此他们正在寻找提升运营规模、提高生产力和降低总成本的方法。软件特别是仿真软件,将帮助他们逐渐降低主要的成本,同时扩大业务规模以满足未来客户的需求。