重磅報告：增材制造質(zhì)量優(yōu)化和成本分析

2020年4月，南極熊將發(fā)布以“如何把3D打印制造引入工業(yè)應(yīng)用生產(chǎn)”為主題的重磅系列干貨研究報告，非常專業(yè)，讓你了解這個技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的難點、方法、竅門。

原內(nèi)容出自：歐洲耗時兩年、耗資210萬歐元的研究項目《AM 4 Industry》
譯者：北京化工大學英藍實驗室  吳懷松、何其超、程月、王皓宇、張秀、劉俊豐

報告第二篇《工業(yè)4.0-質(zhì)量保證和成本模型支持增材制造的廣泛使用》

增材制造質(zhì)量優(yōu)化和成本分析

目錄
1 研究項目的動機        6
2.識別需求并分析現(xiàn)有模型        7
2.1確定增材制造評估系統(tǒng)的要求        7
2.2現(xiàn)有模型概述        9
2.2.1全生命周期成本分析的基礎(chǔ)        9
2.2.2現(xiàn)有的增材制造成本模型        10
3增材制造評估系統(tǒng)的開發(fā)        18
3.1可用于增材制造的成本模型        18
3.1.1成本模型計算基礎(chǔ)的說明        19
3.1.2將計算基礎(chǔ)匯總到成本模型中        25
3.2可用于增材制造的收益模型        26
3.2.1增材制造的基本優(yōu)勢        31
3.2.2利益模型的應(yīng)用        40
3.3基于網(wǎng)絡(luò)的綜合成本效益工具        42
4.資料來源        51


1 研究項目的動機

增材制造工業(yè)4.0項目的主要目標是開發(fā)一個模型，該模型展示了將增材制造集成到公司的生產(chǎn)技術(shù)中所產(chǎn)生的好處。為此，既要確定成本，又要確定增材制造生產(chǎn)所產(chǎn)生的收益。

成本效益模型旨在提供一種適用于該行業(yè)的模型，并可以比較特定零件的各種生產(chǎn)方法。這使的公司就是否要在其生產(chǎn)中運用增材制造做出明智的決定。如今，這些決策通�；�于不完整的信息、部分成本和不正確的判斷。

使用增材制造來制造零件通常會改變供應(yīng)鏈的多個方面。因此，很難清楚地了解可能的收益和成本。為了進行比較并考慮到所有方面，需要采用整體方法。為此，必須考慮所有影響因素。特別是對整個全生命周期的合理考慮：產(chǎn)品設(shè)計/工程，生產(chǎn)/質(zhì)量，服務(wù)/售后。增材制造生產(chǎn)的優(yōu)勢有很多，例如，將功能集成到單個組件中，或在備件生產(chǎn)中帶來新的可能性。但是，另一方面，該技術(shù)的實施成本很高，有時還需要更長的生產(chǎn)時間。

由于不可能僅通過傳統(tǒng)的成本比較來評估增材制造的優(yōu)勢，因此必須開發(fā)一種新的通用模型，該模型將整個全生命周期內(nèi)產(chǎn)生的成本與技術(shù)優(yōu)勢進行比較。這種知識使公司可以獲得競爭優(yōu)勢，因為該模型減少了耗時的反復試驗的需要，從而可以加快決策過程并提高決策的成功率。

此外，通過在開發(fā)模型的應(yīng)用中確定增材制造的新優(yōu)勢，并最終通過新優(yōu)勢，使得該技術(shù)可以在經(jīng)濟上更有效地被利用。即使沒有準確的數(shù)據(jù)，該模型的早期應(yīng)用也已使用戶能夠?qū)⒕�力集中在有前途的案例上，從而更有效地利用資源。


2.識別需求并分析現(xiàn)有模型
為了建立增材制造的評估系統(tǒng)，首先通過調(diào)查和專家訪談確定了系統(tǒng)要求。此外，還對現(xiàn)有模型進行了分析。
2.1確定增材制造評估系統(tǒng)的要求
在一項關(guān)于增材制造潛在效益評估的調(diào)查中，共有107家公司參與其中并回答了此問題，這些公司主要是來自工廠、設(shè)備制造、汽車工業(yè)和電氣工程等工業(yè)領(lǐng)域的中小型企業(yè)。 這些公司大多數(shù)都雇用了50至250人。3/4的公司認為他們是價值鏈中的生產(chǎn)者。


圖2. 1 使用增材制造的調(diào)查結(jié)果

不到1/2的公司已經(jīng)使用增材制造。增材制造工藝主要用于生產(chǎn)原型。因此，尚未直接用于最終產(chǎn)品的生產(chǎn)。尚未使用增材制造工藝的公司在評估成本和生產(chǎn)技術(shù)潛力方面存在不確定性，目前尚未廣泛使用其數(shù)據(jù)。

圖2. 2 AM的經(jīng)濟方面調(diào)查結(jié)果

受訪公司對技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)出了普遍的興趣。除技術(shù)優(yōu)勢外，使用增材制造的主要原因是減少生產(chǎn)時間和縮短產(chǎn)品上市時間。特別是將新功能或其他組件集成到當前設(shè)計中，這一點引起了使用者極大的興趣。對于大多數(shù)公司來說實施成本是障礙，即使是那些已經(jīng)具有增材制造技術(shù)經(jīng)驗的公司，也不會從生產(chǎn)技術(shù)的變化中獲得經(jīng)濟利益。調(diào)查結(jié)果證實了以下理論：公司沒有完全意識到增材制造的優(yōu)勢，并且缺乏對整體成本的了解。

除了需要建立清晰的成本結(jié)構(gòu)并揭示經(jīng)濟優(yōu)勢外，還需要與項目合作伙伴在專家訪談中確定進一步的要求。 一方面，必須根據(jù)整個全生命周期確定增材制造組件的成本，以便能夠評估增材制造的經(jīng)濟優(yōu)勢。 另一方面，必須有幾種替代技術(shù)方案的成本比較，以便評估系統(tǒng)的經(jīng)濟效率。 特別地，必須考慮到增材制造釋放了傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的新潛力。例如更高的設(shè)計幾何自由度、允許將多個產(chǎn)品組件組合為一個組件，從而節(jié)省了組裝成本等。因此，必須開發(fā)一種合適的評估模型，尤其是針對無法直接比較各種技術(shù)變體的此類應(yīng)用案例。


根據(jù)調(diào)查結(jié)果和專家訪談結(jié)果對模型要求進行了總結(jié)。 成本－收益模型將主要為具有或不具有增材制造知識的制造公司的技術(shù)人員、工程師或經(jīng)理創(chuàng)建。它應(yīng)該是全面的、本身一致的、相關(guān)的且可靠的。 它主要用于產(chǎn)品開發(fā)階段，并作為做出決策的有效依據(jù)。 成本模型的另一個重要要求是保持模型分析過程盡可能的簡潔，并且易于使用。

2.2現(xiàn)有模型概述
為了滿足需求，通過全面的文獻搜索工作比較了各種模型開發(fā)方法，并從文獻中識別和分析了現(xiàn)有的增材制造成本模型。
2.2.1全生命周期成本分析的基礎(chǔ)
選擇全生命周期成本（LCC）作為經(jīng)濟分析方法。LCC是戰(zhàn)略成本管理的模型。借助LCC，可以在整個產(chǎn)品全生命周期中計算出儲蓄的潛力。必須考慮產(chǎn)品全生命周期中產(chǎn)生的成本和收益。見解：確定了核心問題。


圖2. 3 通過LCC識別核心問題

DIN 60300-3-3標準（一個德國的標準代號）提供了全生命周期成本分析的應(yīng)用指南，在此用作開發(fā)成本模型的基礎(chǔ)（德國標準化學院，2014年）。這一標準定義了產(chǎn)品全生命周期的六個主要階段：概念和定義，設(shè)計和開發(fā)，生產(chǎn)，安裝，操作和維護以及處理。

原則上，可以從產(chǎn)品角度或從機器角度進行成本分析。因此，第一步，將兩種觀點與當前問題進行了比較。

圖2.4 LCC-產(chǎn)品角度與機器角度（2005年德國工程師協(xié)會； LINDEMANN ET AL.2013年）

在此項目進一步實施的過程中，會將與產(chǎn)品相關(guān)的觀點作為全生命周期成本考慮的起點。這是證明AM在產(chǎn)品使用中有獨特優(yōu)勢的唯一方法。原則上應(yīng)考慮的階段包括組件的概念和定義、設(shè)計和開發(fā)、實際生產(chǎn)以及安裝、使用和維護、最后是回收。這提供了進一步考慮的框架，尤其可以用來對收益進行分類。


2.2.2現(xiàn)有的增材制造成本模型
以下概述了關(guān)于增材制造現(xiàn)有成本的考慮因素。根據(jù)DIN 60300-3-3標準，這些模型被分為產(chǎn)品全生命周期的各個階段。餅形圖表示研究細節(jié)的定性水平。因此，可以發(fā)現(xiàn)關(guān)于增材制造技術(shù)整體成本考慮的研究空白。


圖2. 5 現(xiàn)有成本考慮因素概述

與增材制造最相關(guān)的成本模型是HOPKINSON U. DICKENS（2005）、RUFFO ET AL（2006）、LINDEMANN ET AL（2012）和LINDEMANN ET AL（2013）。Ruffo等人的那些成本模型：SCHMIDT（2015），BAUMERS ET AL。（2015）和M. BAUMERS（2016），在其下面沒有詳細解釋過進一步的成本考慮。
以前的成本模型主要關(guān)注單個增材制造技術(shù)零件的生產(chǎn)成本。通常，以前的成本模型只檢查全生命周期的某個方面，尤其是對生產(chǎn)進行了嚴格檢查。

根據(jù)HOPKINSON U. DICKENS（2005）的成本模型，是第一個對快速成型技術(shù)是否可用于直接生產(chǎn)進行了經(jīng)濟分析的模型。該分析將增材制造的成本組成與注塑工藝進行了比較。增材制造工藝包括立體光刻，熔融沉積和激光燒結(jié)。根據(jù)每個零件的成本（細分為機器成本，工資成本和材料成本），通過不同的批次大小分析了增材制造工藝是否可以成為更適合零件生產(chǎn)的方法。與注射成型相比，無需工具生產(chǎn)和制造復雜幾何形狀的可能性是優(yōu)勢。根據(jù)Hopkinson和Dickens（2005）的成本模型，應(yīng)注意的是，該模型沒有考慮材料，并且與增材制造工藝相比較的注塑工藝成本尚不明確。（比照HOPKINSON U. DICKENS 2005，第31-39頁）

考慮以下內(nèi)容：
•直接機器成本
•間接機器成本
•機器運行成本
•材料成本
•模具成本
•生產(chǎn)明細


RUFFO ET AL（2006年）評估并擴展了HOPKINSON U. DICKENS（2005年）的成本模型。在該模型中，將激光燒結(jié)與注射成型進行比較。在此成本分析中，已解決并克服了上述的一些缺點。生產(chǎn)過程的成本分為直接成本和間接成本，直接成本主要包括材料成本，間接成本主要包括人工，機械和間接費用。一個變化是，在此模型中，工資成本被視為間接成本，但分析中不包括后處理過程。此外，與Hopkinson和Dickens（2005）的模型相反，該假設(shè)不是恒定成本函數(shù)，而是類似于鋸齒形的成本函數(shù)。這種鋸齒狀圖案會導致相當大的共同承擔的費用，尤其是對于小批量的生產(chǎn)（參見COSTABILE ET AL（2017），第269-270頁）。
    除其他外，還應(yīng)考慮以下方面：
•切合實際的機器利用率
•切合實際的材料回收率
•包裝密度

LINDEMANN ET AL（2012）模型考慮增材制造的整個生產(chǎn)過程，而不是僅僅考慮機器成本。在此，為成本估算定義了四個相關(guān)過程：制造準備、制造過程、組件清潔、后處理和改善組件性能。因此，后處理也被視為與成本相關(guān)的過程，其中包括質(zhì)量控制、表面后處理以及從施工過程中移除輔助結(jié)構(gòu)。（參見COSTABILE ET AL.（2017）第272頁）
他們采用時間驅(qū)動的基于活動的成本計算來對生產(chǎn)過程進行建模。還應(yīng)考慮以下方面：
•施工準備成本
•后處理成本
•時間
LINDEMANN ET AL（2013）超越了這一點，定義了一個全生命周期成本模型的需求，該模型考慮了從概念、定義到處理的整個全生命周期。從長遠來看，增材制造被認為是傳統(tǒng)制造的真正替代產(chǎn)品，這就是為什么要根據(jù)全生命周期成本分析來確定成本的原因。在這種方法中，生產(chǎn)方和消費者方均可看見成本因果關(guān)系。生產(chǎn)成本是根據(jù)HOPKINSON U. DICKENS（2005）和RUFFO ET AL（2006）的成本模型計算的，已經(jīng)解釋過了。在圖2.6中，展示了此全生命周期模型的相關(guān)階段：


圖2. 6 全生命周期模型的相關(guān)階段

主要的成本動因是設(shè)計、使用和維護以及生產(chǎn)階段。因此，這些階段的成本優(yōu)化也是對整體成本效率影響最大的階段。

在圖2.7中，將RUFFO ET AL（2006）和HOPKINSON U. DICKENS（2001）的成本模型依據(jù)樣品零件的生產(chǎn)量進行了比較。作為比較，給出了通過注射成型生產(chǎn)的曲線。

圖2. 7 Ruffo等人的成本模型比較以及霍普金森和狄更斯（i.a.RUFFO ET AL.2006，p.1424）

HOPKINSON U. DICKENS（2001）的成本模型假設(shè)整個生產(chǎn)量的成本函數(shù)恒定。間接成本平均分配到所有組成部分這一事實證明了這一假設(shè)是正確的。與此相反，例如在注射成型過程中，最初的高工具成本通過生產(chǎn)大量部件來攤銷。（HOPKINSON U.DICKENS 2001，第198頁）。RUFFO ET AL（2006）模型認為，不能為低產(chǎn)量假設(shè)恒定成本函數(shù)，因為增材制造也必須攤銷高投資成本，這主要包括機器的購置成本。此外，在這種成本模型中，高產(chǎn)量所產(chǎn)生的成本實際上是恒定的，并且比HOPKINSON U. DICKENS（2005）模型的成本高。通過考慮實際中60％的機器利用率和僅50％的材料回收率來達到這些更高的成本。該成本模型的最顯著差異是成本函數(shù)的“鋸齒形”，這是由于某些批次尺寸的安裝空間利用率低而引起的（RUFFO ET AL 2006，第1420-1422頁）。在進一步的研究中，RUFFO ET AL研究“并行生產(chǎn)”的成本效應(yīng)，“并行生產(chǎn)”是指在一臺機器中同時生產(chǎn)各種組件。在本研究中，開發(fā)了一種成本模型，用于計算通過有效安裝空間填充而減少的成本（請參見RUFFO和HAGUE 2007，第1590頁）。

與上述HOPKINSON和DICKENS以及RUFFO ET AL的成本模型相反，后者僅考慮制造成本的量化，即LINDEMANN ET AL希望開發(fā)一個完整的模型，通過該模型可以估算產(chǎn)品的全生命周期成本。 為此，首先使用基于時間驅(qū)動的基于活動的成本核算（TDABC）開發(fā)了生產(chǎn)過程模型，該模型允許根據(jù)原因?qū)⑸�產(chǎn)過程的成本分配給各個組件。此外，除了制造成本外，還可以使用生產(chǎn)的前處理和后處理，分析了各種影響因素的影響，例如施工率，材料成本或投資成本對過程成本分配的影響 （參見LINDEMANN et al.2012，p.188）


然而，上面解釋的LINDEMANN ET AL成本模型只是用于計算生產(chǎn)制造的生產(chǎn)成本的替代模型，其中不可能包括全生命周期的其他階段。已經(jīng)有許多方法可以計算生成制造的制造成本，但是目前整體成本的考慮仍然不完整。為了對生產(chǎn)制造的成本效益進行更詳細的分析，必須開發(fā)成本模型，以便分別評估制造過程對產(chǎn)品全生命周期或整個供應(yīng)鏈的經(jīng)濟影響。

總體而言，可以看出隨著時間的推移，這種觀點已經(jīng)逐漸被認可。LINDEMANN ET AL（2013年）成本模型在全生命周期成本方面，開發(fā)了迄今為止最全面的成本模型。下圖對成本模型的開發(fā)進行了定性概述：



圖2.8 相關(guān)AM成本模型的概述（RUFFO ET AL.2006; LINDEMANN ET AL.2012; 2013）

通過將識別出的問題與評估模型中所確定的需求進行比較，從而確定了目標。

圖2. 9 通過將問題和要求并列來確定目標

強調(diào)了高于單純的成本分析的估值模型的需求。 增材制造的潛力應(yīng)以收益模型的形式進行量化。 首先，借助文獻搜索總結(jié)了增材制造的優(yōu)勢。

3增材制造評估系統(tǒng)的開發(fā)
根據(jù)確定的要求，開發(fā)了一種可行的增材制造評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括成本和收益模型。
3.1可用于增材制造的成本模型
在全面的文獻搜索中確定了成本模型的相關(guān)參數(shù)及其相互聯(lián)系。從產(chǎn)品的角度進行計算和相關(guān)性分析，以便一方面可以在產(chǎn)品全生命周期中考慮產(chǎn)品定價，另一方面可以考慮特定產(chǎn)品的成本優(yōu)勢。

根據(jù)DIN 60300-3-3標準，確定的成本分為概念和定義、設(shè)計與開發(fā)、生產(chǎn)、安裝、操作與維護以及處理的產(chǎn)品全生命周期階段。通過匯總文獻中的不同方法，盡可能詳細地描述了這些成本類別。因此，創(chuàng)建了用于成本模型編程的第一基本結(jié)構(gòu)。在當前情況下，特別考慮了在生產(chǎn)、運營和維護階段產(chǎn)生的成本。


圖3.1 解決已發(fā)現(xiàn)問題的解決方案

3.1.1成本模型計算基礎(chǔ)的說明
圖3.2顯示了開發(fā)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，成本模型基于該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用于增材制造的機器數(shù)據(jù)中包括諸如技術(shù)人員和工程師的工資成本、工作時間、能源成本和機器利用率之類的運營數(shù)據(jù)。此外，還有關(guān)于技術(shù)投資成本和間接材料成本等方面的數(shù)據(jù)。這些匯總自增材制造的機器數(shù)據(jù)與零件數(shù)據(jù)和原材料數(shù)據(jù)組合在一起。零件數(shù)據(jù)包括零件體積和零件ID。原材料數(shù)據(jù)包括材料ID，每千克成本和粉末回收率等。Job將零件、材料和機器數(shù)據(jù)組合在一起，并用進一步的數(shù)據(jù)（例如批量或?qū)雍瘢┻M行補充。制造過程（SLM）記錄作業(yè)數(shù)據(jù)并向其中添加過程數(shù)據(jù)。此處的過程數(shù)據(jù)是：機器準備時間、分解為各個因素的構(gòu)造時間以及機器后處理時間。還補充了用于后處理的數(shù)據(jù)（分為強制處理和可選處理）。最后，列出了優(yōu)勢，包括改進的產(chǎn)品利用成本，生產(chǎn)成本和戰(zhàn)略成本，以及縮短交貨時間。


圖3. 2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為成本模型提供了基礎(chǔ)。為了將特定成本函數(shù)集成到模型中，使用了四種相關(guān)方法作為中心計算基礎(chǔ)：
根據(jù)SCHMIDT的SLM（選擇性激光熔融）生產(chǎn)的成本結(jié)構(gòu)（vgl。SCHMIDT 2015，第145頁）。
根據(jù)GIBSON ET AL的直接材料成本。（vgl。GIBSON ET AL。2010，S.388）
根據(jù)GIBSON ET AL估算施工時間。（vgl。GIBSON ET AL。2010，389 ff。）
每小時機器費率符合VDI 3258工作表1（VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE 1962）

圖3. 3 成本模型的主要概述

為了進行計算，首先考慮了全生命周期成本。成本被分解并根據(jù)產(chǎn)品全生命周期中確定的主要階段進行顯示。最初的重點是生產(chǎn)成本、包括準備成本、制造成本、質(zhì)量控制成本和組裝成本以及內(nèi)部物流和存儲成本，并且可以進一步細分。

起點是設(shè)計和開發(fā)成本的計算，見圖3.4。



圖3. 4 設(shè)計與開發(fā)

成本由三個部分確定：資源成本、資源可用性和流程時間。制造成本是計算的重點，見圖3.5。


圖3. 5 SLM制造

對于在項目中用作參考的SLM方法的生產(chǎn)成本，其成本函數(shù)已確定并相關(guān)，見圖3.5。該計算基于SCHMIDT的方法（SCHMIDT 2015，S。145及以下）。
隨后，計算了使用和維護成本。根據(jù)VDI 2884，這些因素包括輔助和操作材料、維護成本、備件成本以及性能和質(zhì)量數(shù)據(jù)（VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE 2005）。

最后，還包括處理成本，這是根據(jù)VDI 2884通過材料的報廢和回收來確定的（VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE 2005）。


圖3. 6 處理費用

3.1.2將計算基礎(chǔ)匯總到成本模型中
匯總各種計算方法和可用數(shù)據(jù)，并使用MS Excel創(chuàng)建了成本模型，這用作成本模型原型。該文件包括九頁。其中八頁可以實現(xiàn)單獨計算或單獨輸入單個成本的可能性。另一頁用于匯總成本，如下圖所示。 在這里，可以將增材制造的全生命周期成本與傳統(tǒng)技術(shù)進行比較。


圖3. 7 Excel中的成本模型

該模型的要求包括最小的分析工作量和用戶友好的處理方式。 用戶應(yīng)該能夠?qū)⑵涮囟ǖ膯栴}案例投影到成本模型中。 為了首次輕松使用模型，應(yīng)將不同的實際值作為數(shù)據(jù)庫存儲在模型中。 為此，在成本模型原型中使用了最佳實踐價值和來自文獻的價值。

3.2可用于增材制造的收益模型

利益模型旨在發(fā)現(xiàn)潛力并揭示這些潛力及其相互依存關(guān)系。為了構(gòu)建通過文獻檢索確定的優(yōu)勢和潛力，首先將這些優(yōu)勢和潛力區(qū)分為獨特的功能和由此產(chǎn)生的附加值。為此，確定了增材制造的獨特功能，和所有由此產(chǎn)生的附加值。這種結(jié)構(gòu)為量化這些附加值提供了基礎(chǔ)，以便它們可以反映在總體評估中。

縱向區(qū)分是基于均值-末端鏈，因此分為五個類別：

• 獨特屬性
• 獨特屬性的方法/應(yīng)用程序
• 方法/應(yīng)用程序的目的
• 通用目的
• 量化增值/優(yōu)勢
  

結(jié)果最初由MS Visio記錄，見圖3.8。


圖3. 8 收益模型的結(jié)果

另外，創(chuàng)建了一個文獻矩陣，其中記錄了個人收益及其依賴性。根據(jù)潛力本身和潛力之間的關(guān)系在文獻中被提及的程度來分類。區(qū)分產(chǎn)生了提及潛力、案例研究、實證研究、模擬和作者假設(shè)等類別。在文獻矩陣的行中列出了所有確定的收益。這些列列出了各個參考。圖3.9顯示了矩陣的一部分。

圖3. 9 關(guān)于收益的文獻矩陣部分

在獲得的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利益模型由個人利益的垂直和水平的相互依賴性進行補充，并在Cytoscape項目中實施。結(jié)果是一個圖模型，它以節(jié)點的形式將收益垂直地劃分為5個類別，并以鏈接的形式將它們之間的依賴關(guān)系映射到一個類別內(nèi)和跨類別之間。


圖3. 10 圖形模型

圖模型被設(shè)計為交互式的。每個節(jié)點后面都有收益的定義，并包括相應(yīng)的來源。每個鏈接均來自于文獻參考，單擊節(jié)點或鏈接分別顯示相應(yīng)的信息。 通過此概述，用戶可以通過僅顯示相鄰的節(jié)點來仔細查看各個收益的關(guān)系。由于這種結(jié)構(gòu)，用戶自己就能發(fā)現(xiàn)所有潛力。這不僅簡化了后續(xù)收益分析，而且還為許多產(chǎn)品和流程改進提供了靈感。這使公司能夠了解現(xiàn)有的成功案例并為自己的生產(chǎn)制定措施。

3.2.1增材制造的基本優(yōu)勢
利益模型的組成部分是增材制造的基本優(yōu)勢，細分為增材制造的獨特特征、方法、目的、目標和價值。
3.2.1.1增材制造的獨特特征
增材制造的獨特特征是材料屬性、幾何自由度、可能的材料組合、免工具制造、CAD生成產(chǎn)品的過程以及無定形的原材料。表1中描述了各個獨特的賣點。
表 1 增材制造的獨特功能

• 材料特性：AM與常規(guī)材料在材料屬性方面的主要區(qū)別在于，AM技術(shù)可同時定義對象的幾何形狀及其材料屬性（THOMPSON ET AL（2016），第738頁）。因此，AM技術(shù)能夠利用具有不同特性的多種材料。例如，盡管CNC適用于鋼和其他金屬合金等脆性材料，但AM并非針對特定材料。與傳統(tǒng)材料特性的另一個區(qū)別是，最終的AM零件可能會存在空隙或各向異性，這取決于零件的方向、工藝參數(shù)或產(chǎn)品設(shè)計（GIBSON ET AL（2010），p10）。
• 材料組合：AM可用于組合不同組的材料。例如，在金屬3D打印中，該技術(shù)可用于創(chuàng)建自定義冶金學（THOMPSON ET AL（2016），第743頁）。在基于線材的技術(shù)中，可以通過不同的噴嘴進料來鋪設(shè)不同的材料。具有獨特性能的材料的局部差異化是AM的一個優(yōu)勢，這是傳統(tǒng)技術(shù)無法在一個制造步驟中實現(xiàn)的。
• 幾何自由度：通過AM的逐層特性，可以產(chǎn)生高度復雜的幾何形狀（BAUMERS ET AL 2012，第933頁）。因此，產(chǎn)品設(shè)計幾乎不受任何幾何限制的影響（BAUER ET AL。2016，第17頁）。與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比，產(chǎn)品設(shè)計師具有更高的自由度。他可以輕松地創(chuàng)建凹陷或內(nèi)部特征之類的幾何形狀，而無需進行大量工藝規(guī)劃（GIBSON ET AL。2010，第11頁）。
• 免工具制造和小批量生產(chǎn)：傳統(tǒng)的制造技術(shù)（例如鑄造，連接或機械加工）還在使用模板，工具或固定裝置。通過使用這些輔助制造工具以提高批量生產(chǎn)的成本效益。由于增材制造不需要任何工具來構(gòu)建產(chǎn)品，因此小批量生產(chǎn)變得更加可行（REEVES ET AL 2011）
• CAD2產(chǎn)品：對于大多數(shù)常規(guī)技術(shù)，必須手動操縱CAD產(chǎn)品模型以準備生產(chǎn)過程（例如，通過使用CAM軟件）。對于AM，產(chǎn)品模型可以直接用于制造零件（2013年，布呂寧格等人，第2頁）。
• 材料：        AM的原料有粉末，液體或細絲形式。無論哪種方式，原料的聚集狀態(tài)都是無定形的。
  

3.2.1.2增材制造方法
表2說明了增材制造的方法。
表 2 收益模型的方法

• 局部材料差異：機械、熱或化學性質(zhì)的局部區(qū)分可以通過不同材料的組合或通過一種材料設(shè)置特定的局部性質(zhì)來實現(xiàn)。可以在宏觀和微觀尺度上進行區(qū)分。微觀材料差異化的一個示例是使用粉末床融合技術(shù)創(chuàng)建定制合金（THOMPSON ET AL。2016，p.743）。
• 利用不同的顏色：可以通過在原料中添加顏色、使用不同的顏色原料或通過對顏料進行過程中的活化，在單一原料中誘導不同的顏色來實現(xiàn)局部顏色的區(qū)分（KERMER ET AL 1998；POPAT U. EDWARDS 2000）。
• 向表面添加材料：某些增材制造技術(shù)（例如直接能量沉積或材料擠壓技術(shù)）適合在3D表面上添加材料，這可用于修復損壞、磨損或腐蝕的零件（DUTTA U. FROES 2015，第456頁）
  

• 利用更好的材料：如果以前使用過一種較弱的材料，則AM可以促進諸如鈦之類的強度高的材料的利用。與常規(guī)技術(shù)相比，將鈦與AM結(jié)合使用具有更高的成本效益，因為僅消耗了所需數(shù)量的材料，并且避免了困難的加工過程（BAUER ET AL 2016，第21頁）。
• 減少材料種類：用AM生產(chǎn)相同的材料可以用來生產(chǎn)一個總裝配件的不同部件或不同的產(chǎn)品。這可能使得公司原材料種類的全面減少（BEN-NER U.SIEMSEN 2017，p.9）。
• 流體力學優(yōu)化：可以優(yōu)化管道、閥門或節(jié)流閥等零件的流體力學性能。例如，可以通過使用自由形式的幾何形狀來優(yōu)化熱能、氣體分布或臨界強度的交換（GAUSEMEIER ET AL 2014，第12頁）。
• 微觀結(jié)構(gòu)：AM還允許設(shè)計人員改變零件的微觀和中觀結(jié)構(gòu)。典型的應(yīng)用是創(chuàng)建網(wǎng)格或網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。 （Thompson等人，2016年，第744頁）
• 控制孔隙率：微觀尺度上周期性原件的尺寸、類型、取向和邊界條件會影響AM生產(chǎn)零件的孔隙率（THOMPSON ET AL. 2016，p.744）。
• 創(chuàng)建獨特的幾何形狀：藝術(shù)家、工匠和工業(yè)設(shè)計師經(jīng)常采用AM來創(chuàng)建獨特、有趣和有吸引力的幾何形狀（THOMPSON ET AL 2016，第741頁）。
• 零件合并：零件的合并被理解為是對具有更少但因此通常更復雜的零件裝配的重新設(shè)計（KNOFIUS ET AL 2018，第1頁）。
• 產(chǎn)品定制：AM產(chǎn)品可以輕松滿足個人定制的需求。定制可以具有功能目的（例如在醫(yī)療領(lǐng)域），也可以通過創(chuàng)建獨特的產(chǎn)品為單個客戶增加個人價值。 （DOUBROVSKI ET AL. 2011，第3頁）
• 拓撲優(yōu)化：拓撲優(yōu)化通常使用有限元方法來生成最優(yōu)的材料分布，從而根據(jù)給定的力學性能減輕重量。由于AM可以輕松產(chǎn)生高度復雜的幾何形狀，因此可以在不受很多制造限制的情況下生成優(yōu)化的拓撲（BRACKETT ET AL.2011，第348頁）。
• 減少整體生產(chǎn)/組裝步驟：因為可以在一臺AM機器上生產(chǎn)多種產(chǎn)品或同一組件的多個零件，所以通常會減少生產(chǎn)鏈中的步驟數(shù)（HEUTGER 2016，第4頁）。
• 同時生產(chǎn)變體：使用AM可以在一臺3D打印機中生產(chǎn)多種產(chǎn)品（HEUTGER 2016，p.4）
  

其它好處

• 嵌入系統(tǒng)：通過AM技術(shù)的逐層特性，可以在生產(chǎn)過程中集成傳感器/執(zhí)行器、電子線路或連接器（GAUSEMEIER ET AL。2014，第12頁）。
• 將3D掃描轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品：AM不需要產(chǎn)品專用的機器設(shè)置，也不需要產(chǎn)品專用的工具。因此，可以“直接”使用3D掃描儀獲得的3D數(shù)據(jù)進行制造。（GEBHARDT 2012，第104頁）
• 避免昂貴的常規(guī)制造步驟：使用AM可以避免一些昂貴的傳統(tǒng)制造步驟。例如：鈦合金航空零件的數(shù)控銑削，速度慢，價格昂貴并且會產(chǎn)生大量的金屬廢料。通過AM方法生產(chǎn)這些部件，將減少這些缺點。（WOHLERS ASSOCIATES INC.2017，第193頁）
• 減少供應(yīng)商：使用AM生產(chǎn)時，供應(yīng)商的總數(shù)減少了。例如：可以從數(shù)量有限的供應(yīng)商那里訂購大量的顆粒/細絲原料，而不是從不同的供應(yīng)商那里采購各種材料和零件。（FELDMANN U.PUMPE 2017，第686頁）
• 按需生產(chǎn)/數(shù)字倉庫：有了AM，生產(chǎn)就有可能在需求點和消費點發(fā)生。因為產(chǎn)品和工具不需要實際存儲，可以存儲在數(shù)字倉庫中，所以可以實現(xiàn)按需生產(chǎn)。（MOHR U. KHAN 2015，第22頁）
• 分散制造：為了減少運輸時間并提高服務(wù)水平，存在一種將生產(chǎn)地點分散的趨勢。AM的許多特性促成了分散式的制造模式。（HEUTGER 2016，第4頁）
• 持續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)：增材制造的產(chǎn)品可以迭代開發(fā)，而無需在工具、機器或其他物理組件上的任何進一步投資。因此，有可能以最有效的成本持續(xù)改進產(chǎn)品。 （2015年BALDINGER）
  

3.2.1.3增材制造的目的
表3說明了增材制造的目的。
表 3 增材制造的目的

• 材料資源效率：從理論上講，僅消耗了形成每一層幾何圖形所需的材料量。與減材制造方法相比，AM消耗的材料更少，所以它具有更高的材料資源效率。（FELDMANN U.PUMPE 2017，第687頁）
• 更少的產(chǎn)品界面：通過合并裝配體的多個零件，可以減少這些零件之間的接口數(shù)量。產(chǎn)品界面通常被認為是產(chǎn)品的主要弱點。（GRUND 2015，第234頁）
• 靈活的幾何結(jié)構(gòu)：像可膨脹(可展開)零件這一類柔性結(jié)構(gòu)可以通過封閉網(wǎng)格來實現(xiàn)（MAHESHWARAA NAMASIVAYAM U. CONNER SEEPERSAD 2011）。
• 產(chǎn)品識別        為了識別外觀相似的產(chǎn)品或保護制造商和客戶免受假冒偽劣產(chǎn)品的影響，可以打印特定的識別措施，例如壓印的序列號或QR碼（FELDMANN U.PUMPE 2017，p.692）。
• 減少緊固件：如果將零件整合在一起或設(shè)計出能夠通過復雜的幾何形狀實現(xiàn)多種功能的產(chǎn)品，則會使得許多簡單的零件（例如緊固件）變得過時（CAMPBELL U.BERNABEI 2017，第73頁）。
• 輕巧的設(shè)計：輕量化設(shè)計是指在不降低產(chǎn)品功能與規(guī)格的情況下減輕部件重量（WOHLERS ASSOCIATES INC 2017，p。186）。
• 功能性能的優(yōu)化：使用AM產(chǎn)品可以針對功能優(yōu)化進行設(shè)計，而不會影響制造過程中的限制條件（CAMPBELL U.BERNABEI 2017，第77頁）。
• 剽竊保護：嵌入式系統(tǒng)（例如RFID芯片、條形碼或表面結(jié)構(gòu)）的集成可用于防剽竊（SCHMIDT 2015，第131頁）。
• 創(chuàng)建絕緣：可以創(chuàng)建多功能結(jié)構(gòu)以建立隔音或隔熱效果（GAUSEMEIER ET AL 2014，p。10）。
• 創(chuàng)建獨特的連接器：通過打印組件的嵌入式接口，可以創(chuàng)建與標準緊固件有很大不同的獨特連接器，例如：生物醫(yī)學中的植入物（GAUSEMEIER ET AL.2014，p.10）
• 整合新功能：通過使用多功能的結(jié)構(gòu)化組件，可以增強和升級零件的功能（GAUSEMEIER ET AL 2014，第10頁）。
• 更好的需求預(yù)測準確性：由于只有少數(shù)幾個原料供應(yīng)商補充了原料，計劃的活動減少了，預(yù)測原料需求的準確性提高了（FELDMANN U. PUMPE 2017，第685頁）。
• 審美產(chǎn)品創(chuàng)造：通過AM的高幾何自由度，產(chǎn)品設(shè)計師可以探索美學形式以改善情感價值（CAMPBELL ET AL。2013，第7頁）。
• 更好的搬運和運輸性：對于原材料、組件或成品，可以實現(xiàn)更好的處理和運輸（BEN-NER U. SIEMSEN 2017，第10頁）。
  

• 快速進行設(shè)計變更：如果進行設(shè)計更改，則無需生產(chǎn)新工具。因此，可以更快地實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計更改（HOPKINSON U. DICKENS 2005，第32頁）。
• 生產(chǎn)能力緩沖：即使為了其他目的購買了增材制造機器，它也可以用作其他生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)能緩沖器。因此，AM可以在需求意外激增的情況下提供幫助。 （KHAJAVI ET AL.2014，第58頁）
• 縮短交貨時間：可以減少交貨時間（例如，與注塑成型相比），因為不需要事先生產(chǎn)任何工具，這可以縮短上市時間。（WOHLERS ASSOCIATES INC.2017，第181頁）
• 減少設(shè)備磨損：用鈦等堅固材料來生產(chǎn)零件時，傳統(tǒng)的技術(shù)設(shè)備磨損嚴重。由于AM不使用減材步驟，因此可以減少設(shè)備的磨損。（GRUND 2015，第234頁）
• 減少下游涂裝：一些增材制造技術(shù)可以直接以不同的顏色打印零件。這可能省去了下游噴涂操作。（Thompson等人，2016年，第741頁）
• 產(chǎn)品體積的靈活性：無需更改機器設(shè)置即可生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。因此，產(chǎn)量可以迅速調(diào)整，以適應(yīng)不斷變化的需求。 （WOHLERS ASSOCIATES INC.2017，第182頁）
• 產(chǎn)品組合靈活性：由于不需要工具，因此可以在短時間內(nèi)更改產(chǎn)品組合。因此，AM的使用可實現(xiàn)較高的產(chǎn)量靈活性。（WOHLERS ASSOCIATES INC.2017，第182頁）
• 減少管理費用：可以通過合并零件來減少文檔、檢查、生產(chǎn)計劃等的管理開銷（WOHLERS ASSOCIATES INC 2017，p.182）。
• 規(guī)模經(jīng)濟：AM使產(chǎn)能更貼近市場需求（BEN-NER U.SIEMSEN 2017，p.9）
• 實現(xiàn)快速維修和再制造：如果可以隨時重新制造缺少的備件，客戶將從更短的停機時間中獲利（BAUER ET AL。2016，p。18）
  

3.2.1.4增材制造的目標
表4描述了增材制造的目標。
表 4 增材制造的目標

• 在用產(chǎn)品的消耗：如果實現(xiàn)了產(chǎn)品改進（例如，通過輕量化設(shè)計），那么在部署AM生產(chǎn)部件的地方，可以減少產(chǎn)品的能源消耗。（YANG ET AL.2017，p.838）
• 保護專有技術(shù)：通過刻印隱藏的特征，AM可以用于保護制造商和客戶免受偽造的侵害（FELDMANN U.PUMPE 2017，p.692）。
• 產(chǎn)品壽命更長：通過合并部件可以達到更長的使用壽命，因為更少的功能接口會帶來更少故障可能性（DEUTSCHES INSTITUTFüRNORMUNG 2017，第234頁）。
• 可持續(xù)發(fā)展：使用AM可以帶來許多可持續(xù)性收益。例如：通過更高的原材料效率，可以減少能源消耗或降低生產(chǎn)量，使其更貼近客戶。（SREENIVASAN ET AL.2010，第82頁）
• 長期保存?zhèn)浼��?如果有數(shù)字模型，則可以隨時復制任何零件。因此，不需要物理空間就可以長期儲存?zhèn)浼��?（WOHLERS ASSOCIATES INC.2017，第182頁）
• 增強內(nèi)在的客戶價值：內(nèi)在的客戶價值是指情感上的客戶關(guān)系。通過提供定制產(chǎn)品可以增加內(nèi)在的客戶價值。（SPALLEK U.KRAUSE 2017，第74頁）
• 提升外部客戶價值：外部客戶價值是指定制的功能，可以增強客戶定制產(chǎn)品的可用性（SPALLEK U. KRAUSE 2017，第74頁）。
• 減少生產(chǎn)過程中的能源：生產(chǎn)過程中的能源可以降低，例如通過避免能源密集型的制造步驟（例如：鑄造或數(shù)控加工）（SREENIVASAN ET AL 2010，第82頁）。
• 快速的時間/對市場的反應(yīng)：主要是因為不需要工具并且可以快速調(diào)整設(shè)計，所以AM可以對市場活動做出快速反應(yīng)（SCHMIDT 2015，S. 33）。
• 改善整體制造/裝配性能：可以通過減少要組裝的零件數(shù)量來提高組裝性能（ATZENI U. SALMI 2012）。連接器可以自由設(shè)計成符合人體工程學的產(chǎn)品。
• 更好地服務(wù)客戶群：AM使公司能夠低成本高效率地服務(wù)小客戶群體，因為可以在不增加生產(chǎn)工作量的情況下生產(chǎn)單個零件（FELDMANN U. PUMPE 2017，第677頁）。
• 快速可靠的送貨服務(wù)：在長途運輸?shù)那闆r下，基于增材制造的分布式生產(chǎn)系統(tǒng)可以減少交貨時間，從而提高交貨服務(wù)水平（HEUTGER 2016，第4頁）。
• 減少缺貨風險：缺貨風險描述了不能為客戶提供產(chǎn)品的風險�？梢酝ㄟ^數(shù)字存儲零件來減少缺貨風險。（SIRICHAKWAL U.CONNER 2016，57ff。）
• 減少庫存：許多方面，尤其是AM的數(shù)字化工作流程和免工具化，使得庫存減少和所需車間面積減少（WOHLERS ASSOCIATES INC。2017，p182）。
• 繞過貿(mào)易壁壘：可以通過數(shù)字方式發(fā)送產(chǎn)品并分散生產(chǎn)來避免高關(guān)稅和貿(mào)易壁壘（FELDMANN U.PUMPE 2017，p.686）。
  

3.2.1.5增材制造的價值
表5說明了增材制造的值。
表 5 增材制造的價值

• 減少使用中產(chǎn)品的運營成本：無論是對客戶還是公司來說，使用有收益的AM可以節(jié)省成本。
• 更高的收入：該公司在利用AM的同時獲得了更高的效益。主要原因是：更好的交付可靠性、更短的交貨時間、更高的靈活性以及種類繁多的產(chǎn)品組合（FELDMANN U. PUMPE 2017，第692頁）。
• 減少人工成本：例如：如果零件可以合并而不用進行裝配，則可以降低人工成本（M. ZANARDINI ET AL。2015，第5頁）。
• 減少材料成本：當使用更少的材料或具有更高的材料回收率時，可以節(jié)省材料成本。
• 降低排放成本：像二氧化碳排放這樣的排放是可以計算成本的，因此可以評估減排成本降低的情況。
• 減少制造/組裝成本：通過減少生產(chǎn)的步驟，可以降低總體制造/組裝成本（CAMPBELL ET AL 2013，第9頁）
• 減少運輸成本：通過輕巧的設(shè)計或通過數(shù)字化發(fā)送產(chǎn)品并在本地進行打印，可以降低運輸成本（FELDMANN U. PUMPE 2017，第690頁）。
• 減少庫存成本：庫存成本可以通過按需生產(chǎn)來節(jié)省，而且不需要工具庫（GIFFI ET AL。2014，第4頁）。
• 減少基礎(chǔ)設(shè)施成本：更少的生產(chǎn)步驟使得物料搬運設(shè)備和其他基礎(chǔ)設(shè)施組件變少，從而節(jié)省了投資和運營成本。
• 減少設(shè)備維護/維修費用：可以節(jié)省維護和維修費用，例如：如果不需要工具，則無需維護工具等（WOHLERS ASSOCIATES INC。2017，p181）。
• 減少報廢/處理成本        報廢和處理的成本降低了，例如，當按需打印時，因為并沒有儲存被逐步淘汰的產(chǎn)品，從而降低了成本（FELDMANN U.PUMPE 2017，第686頁）。
• 降低風險成本：“風險總成本是組織運營中與風險相關(guān)的所有方面的總和，包括保留（未保險）損失以及相關(guān)的損失調(diào)整支出、風險控制成本、轉(zhuǎn)移成本和管理成本。”https://www.irmi.com/term/insurance-definitions/風險成本
• 降低生產(chǎn)成本：提高生產(chǎn)量（推出新產(chǎn)品）可以減少時間和成本，例子：不需要工具（HOLMSTRÖMET AL。2010，第692頁）。
  

3.2.2利益模型的應(yīng)用
在圖3.11中，顯示了利益模型的垂直分化，分為五個類別。在這個模型中，增材制造的獨特特征是材料特性、幾何自由度、可能的材料組合、免工具制造、CAD到產(chǎn)品的過程以及無形原料。基于這些特定屬性或已知優(yōu)勢，該模型使用戶能夠以結(jié)構(gòu)化的方式對優(yōu)勢進行識別和組合，以便在成本框架內(nèi)確定所有潛在用例中經(jīng)濟用例與其效益的評估。其步驟如下所述：

圖3. 11 利益模型的縱向差異

圖3.12顯示了收益模型中的原因和可能導致的直接后果是如何產(chǎn)生的。從考慮特殊利益（例如優(yōu)化流體力學）開始，可能對通用目的和成本優(yōu)勢（例如更高的生產(chǎn)率和因此更短的零件加工時間）的水平產(chǎn)生直接影響。此外，所考慮的節(jié)點的根源顯示在上一級別上，在這種情況下，它對應(yīng)于內(nèi)部幾何在應(yīng)用類別中


圖3.12 效益模型–根本原因和直接后果

利益模型的結(jié)構(gòu)還允許顯示任何其他節(jié)點相鄰的節(jié)點，如圖3.13所示。除了優(yōu)化流體力學可能帶來的直接后果外，此處還顯示了連接到上一級別內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)的節(jié)點。當出現(xiàn)可能的后果時，允許對節(jié)點上位的流體力學的變化進行附加的分析。對于這種重新設(shè)計，不僅會對正在考慮的（起始）節(jié)點產(chǎn)生影響，而且還可能導致進一步的影響。內(nèi)部幾何形狀的優(yōu)化，除了對流體力學的影響之外，還可以在無需付出太多努力的情況下提高防止復制的安全性，這反過來對專有技術(shù)的保護產(chǎn)生有利的影響，從而降低了反剽竊的成本。


圖3.13 收益模型– I°原因和可能的間接后果

以與前面段落中描述的過程類似的方式，下一個更高級別節(jié)點的重新設(shè)計可能產(chǎn)生的結(jié)果在圖3.14中進行了映射。通過改變幾何自由度，除了內(nèi)部幾何形狀以及流體力學的優(yōu)化之外，還可以在拓撲優(yōu)化和零件合并方面產(chǎn)生積極的影響。這些反過來又會影響應(yīng)用目的、通用目的和成本收益等從屬級別節(jié)點。

圖3.14 收益模型– II°原因和可能的間接后果
因此，利益模型的主要成功之處在于，它概述了增材制造的特征及特征之間的關(guān)系。這使得可以估計特征最優(yōu)化對關(guān)聯(lián)特征的影響，從而在改進產(chǎn)品的過程中顯示出極大的潛力。

3.3基于網(wǎng)絡(luò)的綜合成本效益工具
結(jié)果是一個成本模型原型，它允許簡單的通用應(yīng)用程序和成本計算，只需要幾個參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，成本模型被轉(zhuǎn)換為使用Python編程語言的指示板。下圖概述了成本效益模型的結(jié)構(gòu)。

圖3.15 成本效益模型

用戶可以在這個儀表板上的各個選項卡之間導航。概述頁和每一頁輸入產(chǎn)品，機器，材料，工作，業(yè)務(wù)和后處理數(shù)據(jù)是可用的。最后一頁包含與利益模型部分相關(guān)的利益。

在“概述”頁面上，將清楚匯總根據(jù)輸入的參數(shù)計算出的數(shù)據(jù)。在這里，成本也被細分為成本類別。


圖3.16 成本效益模型–概述

可以使用控制器來設(shè)置要考慮的批量的范圍。敏感性分析顯示了取決于批量的生產(chǎn)成本。這個餅圖以百分比表示生產(chǎn)成本的相對構(gòu)成。這些費用分為機器成本、直接和間接材料成本、后處理成本和人工成本。所有計算均基于已經(jīng)說明的結(jié)構(gòu)和計算基礎(chǔ)。通過使用已識別的優(yōu)點（與之前解釋的過程類似），可以將成本并置并節(jié)省成本，從而使用戶能夠評估輸入。下面說明模型的各個輸入頁面：

在“產(chǎn)品”下輸入特定于產(chǎn)品的信息。

圖3.17 成本效益模型–產(chǎn)品

在“機器”下，可以輸入與機器有關(guān)的信息，SLM處理參數(shù)和間接材料成本。從文獻中識別出的示例數(shù)據(jù)已經(jīng)存儲在低成本初始應(yīng)用程序的機器信息中。這些可以由用戶修改，添加新行。


圖3.18 成本效益模型–機器

在“材料”下，列出了有關(guān)所用材料的信息。這里的樣本數(shù)據(jù)也已經(jīng)存儲。用戶可以編輯它們，或在新行中添加新材料。用戶可以選擇相應(yīng)的物料進行計算。

圖3.19 成本效益模型-物料

在工作目錄下，添加特定訂單的信息。


圖3.20 成本效益模型–工作

在“商業(yè)”下，輸入特定于企業(yè)的信息。


圖3.21 成本效益模型-商業(yè)價值輸入數(shù)據(jù)

“后處理”數(shù)據(jù)列出了可能的后處理步驟的成本。示例數(shù)據(jù)也可以在此處進行編輯，或者可以添加新數(shù)據(jù)�！懊枋觥弊侄卧试S向每個過程添加注釋。例如，在此可以指定后處理過程是可選的還是強制性的。為了進行計算，用戶選擇要執(zhí)行的后處理步驟。后處理成本一次只涉及一個部分。


圖3.22 成本效益模型–后處理數(shù)據(jù)

在“收益”中選擇模型后，用戶可以在基于Web的評估中找到相關(guān)的用戶維度，并可以單獨量化它們以實現(xiàn)可比性（圖3.23）。

圖3.23 收益模型

4.資料來源

• ATZENI, E.; SALMI, A.: Economics of additive manufacturing for end-usable metal parts. In: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 62 (2012) 912, S. 1147 – 1155.
• BALDINGER, M.: Ansätze zum Management der Additive Manufacturing Supply Chain. http://www.rtejournal.de/ausgabe12/4235.
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研究背景

2020年3月，奧地利技術(shù)公司Ecoplus Plastics和Mechatronics Cluster公布了他們的一項研究結(jié)果，內(nèi)容主要是關(guān)于將增材制造應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)現(xiàn)。兩年前，這兩家公司啟動了這項耗資210萬歐元的研究項目，稱為“增材制造的工業(yè)4.0”（AM 4 Industry）。

項目目的是使企業(yè)能夠在把增材制造引入生產(chǎn)領(lǐng)域時，做出更明智的決策。研究表明，增材制造技術(shù)能否成功應(yīng)用于工業(yè)，主要取決于幾大關(guān)鍵因素：
●質(zhì)量特征的定義以及設(shè)計
●3D打印工藝的發(fā)展
●可靠的生產(chǎn)過程監(jiān)控
●合適的后處理指南
●合適的成本效益模型


該報告一共包括五個細分報告：
●激光束熔化（LBM）增材制造缺陷研究
●增材制造設(shè)計非常重要
●增材制造中的設(shè)計與流程相關(guān)注意事項
●實施增材制造工藝之前，做好質(zhì)量優(yōu)化和成本分析
●應(yīng)用示例介紹OpenFoam®和chtMultiRegion


這項研究，南極熊認為非常有價值，有利于激光熔化類的3D打印企業(yè)深入展開工業(yè)應(yīng)用，推動我國智能制造的發(fā)展。

本報告的翻譯，得到北京化工大學英藍實驗室  吳懷松、何其超、程月、王皓宇、張秀、劉俊豐等同學，和老師焦志偉的大力支持。正是由于這個也做3D打印相關(guān)研究的團隊，付出了約1個月的時間和精力，本報告的中文版才得以問世。南極熊特此感謝！

現(xiàn)在全部都已經(jīng)翻譯好 了，公開 了。