应华：增材制造的“四个阶段论”
时间：2019-01-28 22:59 来源：南极熊 作者：中国3D打印网 阅读：次
增材制造作为传统制造的一种补充，进行技术导入和应用尝试，虽然新颖，但是应用面还非常窄，其成本和效益优势尚不明显，甚至在很多方面根本无法和传统制造相比。很多人已经听说过了增材制造或者3D打印，但是距离人们的生活还很遥远。就像一个儿童，它的未来走向有无数种可能，但是现在它还干不成多少事情。
这个阶段相当漫长，从20世纪80年代增材制造技术诞生到现在，已经走过了30多年，目前正进入尾声，或者说正处于走向第二阶段的过渡期。这个阶段的应用场景主要以研发打样验证，即快速成型应用为主。
第二个阶段：零部件组合优化。
通过第一阶段的不断尝试、碰壁，增材制造的应用开始细化，在某一细分领域进行深度钻研。所谓的从小事做起，日积月累，才能做成大事。这个时候，对产品的零部件在结构形貌方面做一些组合优化，产生与传统结构差异较大的产品。这种优化通过材料的重新布局和选择，形成全新的结构，使产品具有等强度、等刚性、刚柔并济、随力应变等特性，对当前产品的各项指标产生跨量级的正面影响，就有可能颠覆大量工业行业。从已完成的许多产品看，在维持原装备性能、不改变制造材料的前提下，通过零部件组合优化，普遍可以实现零部件15%~60%的减重。
在这个阶段，增材制造对一个企业的供应链、生产组织和维保全链条等生产层面都会有较大的影响，供应链的缩短变化则带来了制造业的商业关系巨变。Carbon公司制造的阿迪达斯中鞋底，GE公司制造的发动机燃料喷嘴都是这个阶段的著名案例。各类原材料公司也纷纷摩拳擦掌准备更一步靠近终端用户。
这个阶段的应用场景开始注重复杂构件的一体化生产，强调材料及结构的性能连续性突破，在原有产品设计的基础上优化和更新了很多组件。
第三个阶段：工业再设计。
再设计是一种全新的工程设计思想和方法，就是让研发设计回归市场客户需求本源，重新审视原有的设计，以最自然的方式来探索设计的本质，效法自然。再设计是基于仿真和精密制造（3D打印和精密铸造）的工业再设计，就是利用工程仿真手段和精密制造工艺创新对现有传统工业品的设计过程和工艺过程进行优化、完善与升级，本质核心是工业仿真应用的升华，是工业仿真与精密制造工艺的结合。由此带来至少两个收获：（1）通过不断提高的产品品质和新增功能，持续吸引客户，扩大产品市场份额；（2）可以充分应用技术进步和工艺改进等，降低产品成本，扩大产品的利润空间。
增材制造是一种更精确和精细的制造技术，以此相配就需要有更精准和细致的设计内容。CAE显然是目前最成熟适用的工具手段。
案例：卫星的结构支架，采用了拓扑优化工业再设计模式，重量减轻了30%，成本降低了30%。
在这个阶段，增材制造已经与减材制造并驾齐驱，甚至成为了一个企业增值增效的核心竞争力，各项生产要素、组织架构、人才体系等都要发生巨大的变革。著名的XEV电动汽车就是这个阶段的标杆。
此阶段的应用场景由正向设计为切入，开始出现各类基于增材工艺特征的新型产品。
第四个阶段：创成式设计与智造。
无论是单个零部件，还是整个大产品，通过再设计和增材思维，把结构、功能与美学融为一体，将创新设计与集成设计完美融合，再借助先进的3D打印技术，达到了“无论多复杂都能制造、制造出来就是顶级产品”的科幻级制造能力，让想象中的智能制造变为现实。
在这个阶段，增材制造已经影响的不仅仅是某个具体公司，而是各行各业和全社会，并重新构建起一整套生产方式和生产关系。理想的应用场景是设计至用户的端到端直连。除了生物界天然有的基因外，人工建立了庞大的产品“物种基因”库，系统工具会根据不同的个性化需求，在已有的“物种基因”库中自动设计派生出所需内容，并制造实现。
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(责任编辑：admin)
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