哈佛商業(yè)評論：如何讓3D打印變得更好

南極熊導讀：2020年9月28日，南極熊注意到《哈佛商業(yè)評論》發(fā)布了一篇文章，從硬件、軟件、數(shù)據(jù)、管理系統(tǒng)四個方面，闡述了3D打印技術如何能夠變得更好，南極熊進行了翻譯，以下是全文。

△Nastassia_Bas/Getty Images

隨著3D打印技術日益成為現(xiàn)代制造業(yè)運營的主力軍，設備制造商（OEM）、軟件公司、3D打印工廠都在努力提高這種生產(chǎn)方式的效率和可重復性。幾十年來，生產(chǎn)工程師和管理人員特別關注產(chǎn)品在尺寸精度和材料性能（如孔隙率、強度、溫度和耐化學性）方面的一致性。

目前3D打�。ㄒ卜Q為 "快速成型制造"）的一致性水平已經(jīng)可以滿足許多產(chǎn)品的需求。包括模具、玩具、牙科設備、光學鏡片、眼鏡、印刷電路板(PCB)、天線和傳感器，以及機車、重工業(yè)設備、飛機和軍事設備的非承重金屬和塑料備件。

如何能夠提高產(chǎn)出的一致性，增材制造行業(yè)正在對這一問題展開全面攻堅。這個攻堅戰(zhàn)是利用硬件、軟件和管理系統(tǒng)三管齊下的方式。

硬件方面

如果不考慮打印機本身的硬件(如電機、打印頭、激光器)，以及溫度傳感器、濕度傳感器、X射線相機等硬件設備，很難提高3D打印的輸出效果，在打印過程中逐層監(jiān)控質(zhì)量，捕捉錯誤。加利福尼亞州的打印機制造商Velo3D就是一個例子，他們的機器可以在打印過程中監(jiān)控金屬部件。通過使用傳感器，其打印機可以增強系統(tǒng)，監(jiān)測諸如氧氣水平、濕度和未使用的粉末水平。這種可視性和控制水平使他們能夠?qū)崿F(xiàn)更高的產(chǎn)量和更高的可重復性，而不需要進行后處理（在產(chǎn)品從3D打印機出來后進行精加工）。

△Velo3D的3D打印機（南極熊配圖）

改善打印過程的努力還可以加入傳統(tǒng)的減材制造工具，這些工具被用于逐層提高一致性。加利福尼亞州另一家打印機制造商3DEO的機器有傳感器，利用尺寸精度和工藝參數(shù)的實時數(shù)據(jù)來優(yōu)化打印。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，3DEO的機器利用切割工具（微型端銑）修剪邊緣和內(nèi)部特征，如網(wǎng)格和孔，以達到所需的公差和所需的幾何形狀。

△3DEO的智能分層3D打印技術（南極熊配圖）

軟件和數(shù)據(jù)

在推動3D打印產(chǎn)品更加一致的過程中，人工智能和機器學習也在發(fā)揮重要作用。它們被用于優(yōu)化材料的配置、設計特征、打印機設置、打印過程和制作產(chǎn)品的環(huán)境條件。這些技術可以創(chuàng)建生產(chǎn)反饋循環(huán)，在打印發(fā)生時自動消除缺陷，并能顯著降低不同打印機和隨著時間的推移產(chǎn)出的不一致。

例如，以色列一家新的軟件公司PrintSyst開發(fā)了人工智能，它可以綜合數(shù)千份打印作業(yè)的結(jié)果�？梢詫崿F(xiàn)更高的一致性、良品率、成本節(jié)約以及客戶可能優(yōu)先考慮的任何質(zhì)量維度。然后，軟件提供建議，選擇打印技術、材料、機器參數(shù)，甚至是設計修改，以實現(xiàn)優(yōu)化目標。

△PrintSyst的3DP AI-Perfecter（南極熊配圖）

以前的軟件主要用于在打印倉中定位和堆疊零件，現(xiàn)在已經(jīng)取得了進步，最新的軟件包含的算法可以在幾秒鐘內(nèi)進行數(shù)百或數(shù)千次計算。比利時Materialise公司、德國Siemens公司和美國Autodesk公司等全球3D打印軟件巨頭都提供了這樣的解決方案�？偛课挥诿绹�賓夕法尼亞州的軟件公司ANSYS提供了面向增材制造的設計工具和金屬零件的工藝模擬。

△Materialise的軟件（南極熊配圖）

新的增材制造平臺，例如加州3D Control Systems公司制造的3DPrinterOS，現(xiàn)在能夠管理分布在全球各地的數(shù)千臺打印機的一致性。這種平臺可以遠程控制多臺3D打印機，并根據(jù)機器的可用性和能力分配作業(yè)。在許多情況下，3D控制系統(tǒng)在打印機本身上安裝了自己的軟件，從而使其平臺能夠控制打印機。這種控制用于通過防止或糾正常見的錯誤來提高一致性，包括使用不適當?shù)拇蛴∥募�、不平整的�?gòu)建板以及為所需輸出選擇不適當?shù)膰娮臁?br />
管理系統(tǒng)

這種方法使用久經(jīng)考驗的管理技術來提高一致性和可靠性。例如，透明的供應商評級系統(tǒng)和預認證鼓勵競爭，類似于一種達爾文式的自然選擇，在這種情況下，實現(xiàn)和保持質(zhì)量的一致性是一種激勵。最好的公司贏得了更多的業(yè)務，而其他公司則被驅(qū)使著快速追趕，否則就會消亡。諸如Xometry和Fictiv這樣的公司，是工業(yè)零部件的按需供應商，他們實施嚴格控制的供應商資格和認證計劃，以鼓勵選擇能夠提供高質(zhì)量和一致的零部件的供應商。最好的供應商可以獲得更大、更優(yōu)先的工作，這就迫使其他供應商提高其一致性。

△按需制造平臺Xometry（南極熊配圖）

其中一種較新的管理方法包括 "故意約束"，即有目的地將打印機的使用限制在其最佳產(chǎn)量范圍內(nèi)。并非所有的技術都是平等的，因此了解它們在一定界限內(nèi)的復雜性能，如尺寸限制、材料選擇和批量大小，可以讓生產(chǎn)商充分發(fā)揮特定3D打印機的優(yōu)勢。例如，3DEO將其重點限制在體積最大為一立方英寸的小型復雜金屬部件上。這使得3DEO不僅可以通過專注于其打印機真正擅長的地方來充分利用打印機，而且還可以填充構(gòu)建室以實現(xiàn)最佳經(jīng)濟效益。

并非所有的可變性來源都得到了充分的解決，然而，隨著企業(yè)開發(fā)管理分布式制造系統(tǒng)的協(xié)議和平臺，這些問題最終會得到解決。例如，增材制造平臺最終將以系統(tǒng)化的方式收集一套標準的機器級數(shù)據(jù)，這將使生產(chǎn)的可變性大大降低。

在需求不確定、靈活的數(shù)字制造、COVID-19流行病以及其他全球貿(mào)易中斷的當今世界，將更需要分布式和本地化的制造�；ㄙM太長的時間來轉(zhuǎn)移產(chǎn)量會導致企業(yè)錯過重大機遇，尤其是在新產(chǎn)品從一開始就不一致的情況下。因此，我們有理由期待3D打印使用的增長，這將進一步增加提高其一致性的壓力。


編譯自：Harvard Business Review