3D打印从原型到生产的过程分析

       由于更多的制造商被3D打印的理念所鼓舞，他们意识到这一过程的局限性，因为3D打印在其材料、成品、耐久性、成本和速度方面仍然需要改进，才能用于批量生产。

       制造过程的早期步骤之一是创建原型。最初的原型可能只是一个公司计划制造的产品的手工模型。然后，制备预生产原型(PPP)。预生产原型是针对具有高概率进入生产的产品的设计。

       预生产原型产品使用近生产部件制造方法构建;并且PPP要求通过实质性的先决条件进行测试。这涉及减少产品部件数量，增强所有重要的产品组件，并最小化组装劳动。

       PPP通过使用砂型铸造，基于立体光刻的熔模铸造或甚至激光烧结组件制成。在成功修改产品之后，可以通过投入硬模具来进一步节省成本。

       预生产原型使公司能够测试和优化设计的功能，并使得可以测试各种材料的性能。由于材料、工艺和设计可靠性的差异，原型可能无法充分执行，而生产设计可能是一致的。一些原型可以充分地执行，而生产设计可能是不完美的，因为原型材料和工艺有时可能胜过它们的对应生产物。

       这就是增材制造在原型制造工程设计师和制造商之间取得了很大的突出，因为它提供了一个快速和准确的方式来了解产品的潜力。与传统原型相比，实现3D原型与概念化设计具有更高的可靠性。

       3D原型提供了公司的概念证明，寻找更真实的产品设计，而不是简单地在屏幕上的可视化设计。使用物理模型进行审核，可以及时整合更改。使用3D原型，可以消除开发不同模具、图案和工具所需的成本和时间。3D原型提供了在批量生产之前识别设计中的缺陷的能力。可用于非常类似于实际产品的性能和强度的快速成型材料，使得可以很容易地进行物理测试。

       3D原型通过消除传统原型制造的限制来提供新的产品改进机会，其中需要严格的公差。工程师可以生成包含复杂形状和表面的模型，可以快速获得精确的模型，用于测试形式、特性、性能和可用性。节省时间可以帮助公司快速将新产品推进市场而获得竞争优势。

       金属件的3D原型几乎不可能用传统技术制造

       3D原型降低了产品开发的成本，因为不需要为每个新产品开发专用工具。3D原型使用相同的CAD设计和3D打印机，所以3D过程需要更少的工作人员。废弃物也较低，因为原型技术只在需要时添加建模材料。传统的原型技术通过切割材料产生成品模型，在这一过程中产生了大量的浪费。

       3D打印最初被开发为快速原型制造的方法，但已经发展成为真正的制造过程。3D打印为工程师和公司提供原型和制造最终用户产品的能力，同时提供优于传统制造工艺的显着优势。这些优点包括大规模定制、增加设计自由度、减少组装时间，并且可以用作成本有效的小批量生产工艺。

       有四种类型的标准制造工艺：注射成型、机械加工、成型和接合，每种制造工艺具有其自身的优点和局限性。

       注塑是一种制造方法，其包括软化塑料材料，然后将其注入模具中。一旦在模具中，材料冷却和固化，另一种机构将模具从模具中弹出。在CNC加工中，一件材料被夹紧到机器中，并且数控控制工具移除材料直到零件完成。几乎任何材料都可以加工成零件，无论是通过钻孔、铣削或车削。该程序的材料选择非常广泛。

       第三种方法是成型，例如热成型、真空成型和压力成型。在每种方法中，使用空气压力和阳插头将塑料片加热并覆盖在模具上，以将该片形成为形状。最后，塑料的接合是指半成品部件的接合，包括紧固、粘合和焊接。紧固是指使用闩锁、铰链和卡扣配合，以及螺栓和螺钉。粘合剂粘合是指施加粘合剂以连接部件。焊接是指通过施加热和压力来接合两个部件。

       像生物打印、食品打印和小批量制造等3D制造的思维潜能有一天可以挽救生命，为饥饿人群提供食物，并以世界从未见过的方式改变制造业。

       3D打印的比萨饼

       3D打印不是没有一些障碍。今天的打印机还没有达到处理围绕多种多材料表面类型所需的复杂程度。这将仍然是使用3D打印的主要障碍之一。3D打印有利于在形状级别重现几何和有机复杂性;但是当它必须处理运动部件时，过程仍需分解。

       对于传统制造，公司必须在生产单一最终用户产品之前创建工具或模具。如果生产模具的成本为40,000美元，每个部分的成本为0.45美元，那么第一部分将花费40,000.45美元。如果一家公司生产数百万件的零件，模具成本可以接受。但如果公司只需要500，模具的成本是令人望而却步的。使用3D打印，没有任何类型的设置成本。对于小于1,000件的生产运行，3D打印是一种经济高效的方法。

       有些类型的3D打印机使用不同的技术，诸如立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)，电子束熔化EBM)。

       所有3D打印机主要是添加剂打印机。这意味着它们通过在材料的水平面之后精确地沉积水平面而产生物体。3D打印使空心物体具有复杂的内部复杂性。

       3D打印的第一步是工程师使用CAD软件创建3D文件。然后选择将最好地实现产品所需的特定性质的材料。用于3D打印的材料种类包括塑料、陶瓷、树脂、金属、沙子、纺织品、生物材料、玻璃和食品。当物体打印完成时，它通常不能直接使用，直到它被砂磨、涂漆或涂漆以完成它。

       由于更多的制造商被3D打印的理念所鼓舞，他们意识到这一过程的局限性，因为3D打印在其材料、成品、耐久性、成本和速度方面仍然需要改进，才能用于批量生产。3D打印是一个激烈的创新领域，因为它将是制造行业的重要组成部分。