目前許多領域都已採用積層製造技術。無論是醫(yī)學工程、手工藝品還是時尚商品，3D列印產品都越來越受製造商和消費者的歡迎。這項技術的優(yōu)勢非常明顯，特別是對於原型和單個零件的生產，因為它具備操作靈活、成本低廉以及速度快等優(yōu)勢。積層製造能夠讓公司迅速獲得競爭優(yōu)勢。但是它在未來也將發(fā)生重大變化，尤其是在使用的材料方面。此外，也有人正努力將這項技術應用於批量生產中。

積層製造透過以數(shù)位結構資料為基礎的逐層建構、添加，在3D印表機中生成產品和零件，這是透過與現(xiàn)代機器之間的最佳互動、奠基於雲端平臺上的智慧聯(lián)網以及成熟的3D列印技術所實現(xiàn)的，而現(xiàn)今3D列印中使用的主要材料是金屬，特殊塑膠和合成樹脂。

最佳化零件，減輕重量

在注重於減輕零件重量的領域，例如汽車產業(yè)、航空產業(yè)、金屬加工和醫(yī)藥業(yè)等領域，積層製造技術均已得到廣泛的應用。例如，在航空產業(yè)中，人們採用積層製造技術來生產飛機零件，得以盡可能地減輕零件重量。最終在零件的製造中節(jié)省大量的材料。此外，總重量的降低也會直接影響飛機在空中的消耗值，進而產生更好的環(huán)境相容性。

多年來，空中巴士（Airbus）一直都在使用達梭系統(tǒng)的3DEXPERIENCE平臺和CATIA設計與開發(fā)應用。此外，透過與達梭系統(tǒng)的合作，飛機製造商還開發(fā)了一種特殊的3D設計工具。「MyShape」可用於製造客機A350（Airbus A350）的零組件。透過使用衍生設計（generative design）流程，空中巴士能創(chuàng)造新的零組件，這意謂新零組件不再根據原始形狀進行開發(fā)，而是以功能為基礎。

當工程師想要找到最能符合飛機要求的零件形狀時，達梭系統(tǒng)軟體會產生零組件的最佳設計。隨後軟體會對新零組件的使用進行模擬，以創(chuàng)造不同材料的組合可能性，或進一步將零組件最佳化。該過程大幅加快了新零組件的開發(fā)速度。

圖1 : 達梭系統(tǒng)軟體設計會對新零組件的使用進行模擬，以創(chuàng)造不同材料的組合可能性，或進一步將零組件最佳化。（source：cindrebay）

模擬的另一個優(yōu)勢是可將零組件的熱變形情況直接納入規(guī)劃，其會在3D印表機創(chuàng)造期間和之後出現(xiàn)，具體取決於材料的屬性，並且可能影響最終產品的功能。為了解決這個問題，CATIA提供了模擬熱變形功能並使結果直接進行幾何補償，以確保最終零組件的形狀完全符合要求。

降低材料成本

但在積層製造中發(fā)揮重要作用的不僅僅是材料的組合。另一個目標是盡可能地節(jié)約寶貴的材料。透過對拓撲（topology）進行最佳化，公司能集中精力協(xié)調並改進材料的使用。

這樣能夠顯著減少材料的殘留量，就像傳統(tǒng)的製造業(yè)一樣，比如金屬零組件通常是從大塊金屬上銑削出來的。製造過程結束後，剩餘材料不能按照原樣再重複使用。相比之下，積層製造可以分層製造零組件並節(jié)省材料。

此外，積層製造能實現(xiàn)在一塊材料上製造整個裝配體。這並不意謂要花費很長時間來設置機器。相反地，整個裝配體是逐層3D列印的，這不僅減少了製造時間，而且也減少了組裝裝配體的單個零組件所需的時間。公司不僅能縮短製造時間，而且還能持續(xù)降低其材料成本。

圖2 : 積層製造能實現(xiàn)在一塊材料上製造整個裝配體。並不意謂要花費很長時間來設置機器。（source：Markforged）

與傳統(tǒng)製造的零組件相比，空中巴士透過積層製造能夠將其「採購品質與飛行品質（Buy-to-Fly）」的比率降低至十分之一。「採購品質與飛行品質（Buy-to-Fly）」是指購買的材料數(shù)量與實際使用的材料（即最終用於製造飛機的材料）之間的比率。同時，空中巴士在其A350飛機上使用了1000多種積層製造零組件。

靈活回應客制需求

積層製造的另一大優(yōu)勢是能夠靈活地創(chuàng)造原型或單個零組件，與傳統(tǒng)製造方式相比成本更低。公司能夠最佳化其滿足客戶需求的方式。消費品產業(yè)尤其可以從這項技術中獲利。鞋類品牌ECCO啟動了一個名為「 QUANT-U」的個人化專案，該專案將3D掃描和3D列印進行了完美結合。在某些商店中，客戶能夠測量他們雙腳的尺寸，選擇合適的鞋碼。然後，個人化的鞋子模型很快就能製作出來。

此外，製造複雜原型或零組件的公司也會從這種靈活性中獲益良多。積層製造使其能夠與客戶緊密協(xié)作，以便快速、靈活地進行生產。例如，如果一家公司通常在歐洲進行生產，但印度那邊需要零組件，則該組件可以很輕鬆地在現(xiàn)場透過3D製造出來。這不僅意謂與客戶的距離更近，也有助於降低運輸成本。

未來該何去何從？

目前，對積層製造的使用主要集中在希望生產原型、定制零組件或小批量生產的部門。不過，現(xiàn)在已經有人正努力在批量生產中採用3D列印。

在醫(yī)療領域中，研究人員正在進行深入的研究和開發(fā)，尤其是針對材料使用方面。積層製造使Otto Bock Healthcare能夠在創(chuàng)紀錄的短時間內完善其具創(chuàng)新性的「米開朗基羅」人工手的製作。透過達梭系統(tǒng)的3DEXPERIENCE平臺和CATIA Imagine & Shape應用，這家醫(yī)療工程公司能夠對其人工手的表面設計進行最佳化，進而使其成為「真實的」模型。如今，在器官重建領域的其他研究專案顯示，積層製造技術將來可能會讓更多人從中受益。

對於高科技和電子領域來說，這種可能性當然是非常有趣的，因為這些領域較注重尺寸的最小化。此時可以想像，感測器技術或電子裝置可以直接整合到積層製造的結構中。例如，測量儀器的感測器將直接列印到電子裝置中。目前，已經有第一批供應商在15小時內，而不是在50天內，透過3D列印來製造複雜的多層電路板。

總結

積層製造顯然不僅僅是一種趨勢，而是一項變革性技術，註定會在未來變得舉足輕重。透過創(chuàng)新開發(fā)、靈活製造和持續(xù)降低成本，積層製造幫助公司提高營運敏捷性以實現(xiàn)競爭優(yōu)勢。