使用3D打印减少零件数量：优势在哪？

导读：3D打印的出现能够让人们在制造时减少相当可观数量的零件，也促进了零件一体化制造。

美国宇航局和其他公开研究表明，例如，在火箭发动机中，80个部件可以减少到3个。同样，通用电气宣布利用12个3D打印部件取代Catalyst涡轮螺旋桨发动机上的800个部件。尽管如此，但大众似乎还不够了解为什么减少零件数量对于最终产品和制造如此有利。

△NASA和Rocketdyne的Baby Bantam 3D打印火箭发动机将零件数量从几十个显着减少到3个，同时加快了开发时间并降低了成本。

总的来说，如果减少装配中的总组件数量，我们可以看到无数优势。例如，可以通过省去紧固件、胶水和材料来高效生产更高性能的最终零件。更少的紧固件和功能零件数量意味着组件的整体重量将更轻。而一体化的出现也会以多种方式改变制造方式：以更低成本打印组件，更少的机器时间来制造。

另外，3D打印迭代设计在更改或开发新设计方面将更便宜，同时也更快。例如，存储零件集所需空间减少为单个零件的存储空间；所有零件都可以单独制作，更好地集成而非离散工作。在整体上，更少的零件也减少了许多其他变量，比如更少的表面积和更少的整体后处理表面，更少的处理成本，机器工时更少，进而降低成本。QA和QC过程中的处理也将变得更少，这使得需要测试的零件更少，降低成本并加快测试过程。同时，一体化制造减少了工具的使用量，使Buy-to-Fly比率得到改善。

△GE Catalyst是世界上第一台采用3D打印组件的涡轮螺旋桨发动机，新型的结构设计因为3D打印降低了制造复杂性，它将此前通过传统工艺制造的855个零件经过结构优化减少为12个部件，零件数量的减少极大提高了生产效率，并将发动机的重量减少了5％，燃油效率提高了1％，这显示出3D打印集成制造优势。

通过减少材料用量来减少的组件数量对于整体的影响将更加复杂。比如，移除紧固件、一体化和改变零件形状等能够从根本上改变最终零件外形。由于零件更少、质量更轻和制造集中化，运输成本也降低了。更少的材料、运输和机器时间还可能会导致更少的排放和更少的能源使用量，从而提高整体可持续性；而更少的零件、工具和材料在总体上也会降低存储成本，这大大地减少了存储时间和工厂存储面积的需求以及相关辅助费用。3D制造在资本上的节约还不止于此。在新产品问世之前，使用3D打印能够在工具、备件上投入更少资金，需要时还可保留工具。备件的资金减少进一步降低了仓库、人员操作等成本。

△中框组件由过去的300个零件优化为一个

从零件角度来看，3D打印能够更快地重新设计零件，且不需要更改工具。同时，重新设计零件也变得更加便宜、快捷。通过分布式生产方式，还能从空间角度上简化仓储和物流。然而，零件一体化意味着最终生产的部件将更大，也更复杂，因此在它们损坏时，替换时零件生产商所收取的费用也会增加。这或许对用户来说不具有优势，但好处却能够使操作员在MRO和更换备件时易于操作。基于这一点，MRO和备件服务商可能会通过销售更昂贵的零件和更简单的操作方式来赚取更多利润。

3D打印的出现使设计迭代变得更加快速、容易，特别是可以在一个新部件中处理对其他部分的影响。伴随着运输成本的减少，供应商的订单风险也相对降低。新产品所需的现金流和资本支出减少能够使相关公司更快速地响应市场、更改产品以满足新的竞争对手、利基市场或应用。这意味着未来的产品更新速度将会更快，成本更低。

△一体化使制造效率提升

更少的零件意味着更少的服务成本，更换零件所需时间更少，使得总体停机时间也更少，这可以减少维护成本。由于重新设计的成本更低，一些公司可以在使产品版本方面更加大胆，或在提高质量方面承担更多风险，这能够变相刺激产品组合、专利以及技术的不断发展。而装配时间和步骤的减少能够降低操作人员的失误率，还可以消除紧固件、胶水和材料相互干扰的风险、减少材料故障，而整体生产速度也大大加快了。另外，自动化流程能够为制造业提供更高的可靠性和可重复性，同时还可以排除认为因素的干扰。这将缩短未来的新产品的上市时间，使相关企业在未来市场上更具有竞争力。