制造商在面對(duì)引入增材制造的時(shí)候，通常思路會(huì)不由自主的鎖定要用3D打印技術(shù)來加工當(dāng)前為機(jī)加工而設(shè)計(jì)的零件，有的時(shí)候出發(fā)點(diǎn)是專注于生產(chǎn)效益，比如說為了節(jié)省材料，因?yàn)橥ㄟ^機(jī)加工往往需要切除大量的金屬材料。而就目前的3D打印尤其是金屬3D打印成本來說，除非加工的是比較貴重的金屬，通常為了節(jié)約材料而引入3D打印往往會(huì)發(fā)現(xiàn)3D打印帶來的單件成本更高。

　　那么制造商通常會(huì)感到困惑，一方面無論是政府層面還是社會(huì)各界，都在強(qiáng)調(diào)應(yīng)該給予增材制造足夠的重視，而另一方面增材制造技術(shù)如何與現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合卻是件讓人迷茫的事情。本期，通過案例來與網(wǎng)友一起體驗(yàn)增材制造的引入需要做的戰(zhàn)略準(zhǔn)備。

　　為了更好的理解增材制造設(shè)計(jì)思路的出發(fā)點(diǎn)有哪些，引用金屬3D打印設(shè)備制造商雷尼紹的分類方式：生產(chǎn)效益往往包括更少的材料浪費(fèi)，更少的模具費(fèi)用，更短的加工時(shí)間，更簡(jiǎn)單的組裝要求，自動(dòng)化等等；產(chǎn)品效益包括更輕的產(chǎn)品（例如：輕量化節(jié)約燃油等等），更快的新產(chǎn)品投放速度，更高的產(chǎn)品可靠性，更高的產(chǎn)品性能，更好的適應(yīng)性，更具吸引力的產(chǎn)品，減少庫(kù)存，更快的反應(yīng)性。

　　產(chǎn)品效益（綜合效益）是制造商容易忽視的一個(gè)思路方向，要提高產(chǎn)品效益就需要在現(xiàn)有的零件基礎(chǔ)上進(jìn)行為了增材制造而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品性能結(jié)構(gòu)優(yōu)化，或者是拋開現(xiàn)有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從零開始完全為了增材制造而設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)然，要提醒的是并不是每個(gè)制造商都有自由度制造新設(shè)計(jì)的零件，通常一個(gè)新設(shè)計(jì)的零件要通過重重認(rèn)證是非常困難的事情。在這種情況下，只考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)效率是對(duì)的。

　　案例研究－液壓歧管

　　先看一下液壓岐管常見的設(shè)計(jì)問題：下圖是一個(gè)經(jīng)典的能承受200-500 bar壓力的液壓歧管。這個(gè)組件包括一個(gè)簡(jiǎn)單的電路組成的雙止回閥、磁閥及其相關(guān)的出口端口。

　　上圖：液壓岐管的關(guān)鍵組成結(jié)構(gòu)

　　常規(guī)設(shè)計(jì)-液壓塊

　　傳統(tǒng)的液壓塊如下圖，這種設(shè)計(jì)重量是4.6公斤（10磅）。

　　這種傳統(tǒng)閥塊的好處是：設(shè)計(jì)階段是相對(duì)直來直去。它的局限性是我們得到的是次優(yōu)的流體傳熱性能，并且由于交叉鉆孔管道網(wǎng)絡(luò)的加工限制，使得閥塊大又重。不僅多用了材料還帶來了閥塊性能上的妥協(xié)，而且在內(nèi)部通道中還需要八個(gè)額外的壓塞部件來調(diào)整內(nèi)部壓力。

　　增材制造設(shè)計(jì)戰(zhàn)略－在原有基礎(chǔ)上優(yōu)化

　　從優(yōu)化產(chǎn)品的性能來出發(fā)，從提取流體路徑開始，包括那些交叉鉆孔設(shè)計(jì)，這跟傳統(tǒng)機(jī)械加工從一個(gè)堅(jiān)實(shí)的金屬塊開始不同，這一步需要把傳統(tǒng)加工流體并不通過而只是為了加工需求而鉆的孔的這部分設(shè)計(jì)去掉，留下那些流體會(huì)經(jīng)過的管道和功能歧管。

　　通過雷尼紹的AfAM設(shè)計(jì)平臺(tái)，軟件計(jì)算提取的管道所需要承擔(dān)的壓力要求，然后決定增材制造的加工方向，并且增加管路之間的連接結(jié)構(gòu)為管路成為一個(gè)整體提供有效支撐，并且在增材制造過程中實(shí)現(xiàn)支撐目的。最后來決定那些需要通過機(jī)加工進(jìn)一步車削來實(shí)現(xiàn)精確的接口的部分。

　　通過這個(gè)過程，液壓閥塊達(dá)到只有1公斤的重量（2.2磅），減重了78%。不僅減重，還帶來了改進(jìn)的流量性能，并且沒有壓力插頭。

　　我們了解到如此好的進(jìn)展仍有一定的局限性。一方面，水平通道部分需要支撐，所以事先必須留有足夠的材料來實(shí)現(xiàn)支撐目的。另外，這樣輕量化的部件自然不如原來的閥塊剛性強(qiáng)，這些因素都可能會(huì)使加工過程復(fù)雜化。

　　增材制造設(shè)計(jì)戰(zhàn)略－為增材制造而從零開始設(shè)計(jì)

　　完全的排開原有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從零開始的設(shè)計(jì)是可能的嗎？當(dāng)然，這一切能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是圍繞著產(chǎn)品的性能要求。

　　在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的過程中，設(shè)計(jì)上一方面可以將所有的閥門都指向同一個(gè)方向，這樣減少了對(duì)支撐的需要，同時(shí)也最大限度地減少所需的連接通道的材料。

　　緊湊的設(shè)計(jì)也從本質(zhì)上提高了組件的剛性。不僅如此，還可以鞏固出口的設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)方法帶來了重量?jī)H0.4公斤（0.88磅）的結(jié)果。