机械加工使增材制造成功实现创新型3D制造

　　位于美国印第安纳州富兰克林的Innovative 3DManufacturing 公司有一个秘诀，那就是通过增材制造技术生产金属零件和原型，从而保持持续盈利。在激光粉末床熔融技术（LPBF）中，构建失败通常是由于热应力导致零件变形，而该工艺尚未得到验证。构建失败的代价不仅是材料的浪费，还有时间的浪费。

　　一般来说，对于首次使用激光粉末床熔融技术来说，构建失败很常见，但对于Innovative 3D 而言，并不常见。这家合同制造商每个月要完成80 到90 个AM 作业，其中大部分都是非经常性的首次作业。公司首次正确打印零件的成功率远远超过90%。

　　如何防止构建失败

　　为了防止零件变形，Innovative 3D 的工程师通常会对支撑结构进行过量规范。此外，他们还对3D 打印特征周围的附加材料进行了过量规范。公司创始人Beck 谈到，构建失败的代价非常高昂，因此在快速构建过程中使用额外材料来保持稳定，是一种相对便宜的保险措施。来自Hurco、Mazak 和Toyoda的立式加工中心（以及车间里的其他机床）为公司的日常作业提供了充足支持。

　　与许多同类铸件相比，即使是额外毛坯较多的增材制造零件，其净值形状仍然接近于铸件，所需的加工工作也比铸件少。这意味着额外毛坯可以保护零件的价值，而不会给下游带来大量额外成本或工作量。事实上，这种依赖于机械加工的铸造方式是这家商店成立之初就遗留下来的。

　　当前，Innovative 3D公司拥有12台激光粉末床熔融设备，每天大部分设备都在为客户加工零件。Beck 依靠个人贷款建立了这家企业，没有风险投资，除了联合创始人之外没有其他投资者，如果企业失败，他自己的家也会岌岌可危。也许正是因为公司老板对最后一点的重视，公司在七年的经营中一直保持盈利。

　　在第一年，虽然增材制造活动仍在不断增加，但使企业盈利的却是机械加工工作。因此，3D 打印与机械加工的紧密结合也是企业成功的关键因素。Beck 说，如果说还有一个因素同样重要的话，那就是与客户的密切关系。

　　在增材制造零件中寻找成本节约

　　他说，与客户的联系有一部分是声誉方面的：不仅要关注公司的知名度，还要关注公司的知名度。“说到做到”是公司的经营原则。公司的大部分业务都是来自回头客或客户介绍，因此，声誉的价值始终在他的脑海中挥之不去。由于公司承接的大部分工作都是开发性的，因此交付时间上的变化是公司发展的一部分，而Beck 的目标则是以可靠的一致性脱颖而出，无论他认为某项工作的时间安排是否受到密切关注。与客户互动的另一个方面是咨询：有足够的机会共同了解工作。

　　他说，很多零件都适合采用增材制造技术，但其中大部分零件都可以通过直接的几何变化（例如与悬挂特征有关的变化）或了解哪些特征对零件的功能真正至关重要，从而以更低的成本进行增材制造生产。同时，在公司生产的零件中还有很大一部分不适合采用增材制造技术，即使客户认为增材制造技术是他们想要的。

　　Beck 声称：在公司为客户提供的增材制造零件中，只有八分之一的零件对3D 打印有实际意义。对于其他零件，他在铸造行业的职业经验以及后来在机床行业的工作经历，使他掌握了足够的知识，能够为客户提供有用的指导，帮助他们找到更具成本效益的非增材制造方法。这意味着对于Innovative 3D来说，增材制造生产的另一个成功秘诀就是不轻易放弃增材制造生产的机会。

　　增材制造的供应链机会

　　对于Innovative 3D 公司来说，通过LPBF 进行的重复性生产发展迅速。目前，该公司40% 的增材制造工作是生产，60% 是原型或工艺开发。公司的一半业务是航空航天和国防。另一半业务则服务于枪械、医疗和运输等多个行业。这项工作涉及到AS9100、ISO13485和ITAR等质量体系的注册。此外，还涉及保密工作。

　　目前公司有大约300 份保密协议。这种保密是增材制造的特点，但就Innovative 3D 而言，并非所有的保密都是围绕新设计进行的。有些保密工作主要针对旧设计。许多生产商面临着与铸造交货期长相关的供应链挑战，他们找到创新公司，希望通过LPBF 获得原本需要铸造的零件。

　　Beck 说，在这种情况下，零件的几何形状与铸件相同，而且零件的材料性能通常更好。但他说，公司一般不希望让人注意到零件替代偏离了他们的标准工艺。在迄今为止的公司业务历史中，已经通过增材制造技术生产了超过12000 种几何形状的零件。同样，并不是所有的零件都是为增材制造技术而设计的，因为有些工作——近期工作的很大一部分——是打算通过铸造来制造的零件。

　　增材制造与机械加工联系的更多方式

　　在第一年，很难为增材制造机床找到工作，因此，其他车间加工是公司主要的收入来源。对于增材制造供应商来说，这是机械加工与增材制造技术最基本的联系方式之一：作为一种替代途径，一种在增材制造机会之间或之前获得收入的手段。相比之下，Innovative 3D 公司如今几乎所有的机械加工都支持增材制造技术，这就使这两种技术之间有了更多的联系。

　　铸件加工是增材制造的准备工作。与铸件加工相关的能力为加工增材制造零件提供了有效策略。这两类零件的特点都是有机形状，无法提供平整的装夹表面。就像在其他对铸件进行精加工的车间一样（Innovative 3D 有时也进行精加工），这里的车间有一台铣床，用 Renshape 可加工聚合物切割定制的工件夹具，以支撑异形工件，这些异形工件是由3D打印而成的。

　　在金属增材制造中，倾向于加工比避免加工更有意义。同样，因为一次失败的制造可能会毁掉一项工作的盈利能力，所以额外的库存是一种廉价的保险。与铸造相比，即使增材制造零件留有大量余量用于机加工，也更接近净形状。

　　增材制造的工作流程使其成为一个出色的原型机加工车间。增材制造零件的工作流程和复杂性训练了支持这项工作的机械车间的步调、耐心和细心，使其非常适合加工复杂的原型和模具。许多机械加工车间试图避免这种一次性工作，而更倾向于重复性生产。

　　以满足增材制造需求为导向的机械加工车间，本质上也是一个有能力加工原型的车间，这基本上是它的次要优势。如今，Beck 和Innovative 3D 面临的一个大问题也与加工有关。该公司仍然承接高端机加工业务，并为航空航天和医疗客户提供某些重复性机加工业务，这些业务是该公司在机加工业务占据重要收入份额的时期赢得的。

　　但是，现在增材制造加工工作已经占满了车间的产能，而且公司认为如果扩大规模，还可以从事更多的增材制造加工工作。从某种意义上说，增材制造生产的成功，为将潜在的增材制造工作转向其他工艺奠定了信心基础。因此，更多的机会不断涌现，使Innovative 3D 公司能够抓住机会。