通过 3D 打印推动商业和公共交通的可持续性发展

导读：随着近两年大流行疫情的蔓延，我们开始逐渐意识到经济的可持续性是多么容易受到干扰。它对供应链和全球经济的负面影响如此之大，以至于各国政府都在实施各种举措，努力扭转这一趋势。例如，拜登总统的增材制造推进计划（AM Forward），印度的增材制造国家战略（AM）。

在全球范围内，商业和客运，如卡车、公共汽车和铁路，也成为这一趋势的受害者。由于需求减少、劳动力短缺和供应链延迟，这些行业正处于深度低迷之中。其中许多制造商已经开始实施定制的产品配置，以保持竞争优势，然而，他们提供这些产品的能力已经深受影响。约翰迪尔阿根廷公司总裁的安东尼奥-加西亚说："没有比不能及时制造的零件更昂贵的零件了。“他和目前的许多人一样，承认需要实施更敏捷的产品创新和灵活的制造工艺，以保持可持续发展战略，并保证在这个新的大流行疫情后期现实交易中的业务增长。

货物运输和乘客过境的大幅减少迫使商业货运公司和公共交通运营商停放他们的大部分资产。他们现在有能力让这些资产重新投入运营，但发现自己需要合格的维修劳动力，寻找到合适的备件一个难题。有鉴于此，运输制造商和直接供应商正在重新评估他们的财务战略，以实现有弹性的供应链。他们开始越来越重视关键部件的速度和组件的可用性，整合垂直流程，并与位于其装配地点附近的区域供应商建立伙伴关系。

增材制造（AM）已经证明了其通过提高生产力来支持经济可持续性的价值。增材制造可以促进快速创新，并通过减少零件数量、简化零件物流和减少90%的库存水平，将上市速度提高到3倍。这将带来无尽的好处，包括减少潜在延误的风险，以及简化装配操作，减少劳动力。此外，通过增材制造技术实现的整体部件，产品质量得到改善，从而提高了可靠性。因此，对服务支持的需求减少了，从而减少了更换零件的数量（可达60%）。由于对库存的需求减少，在产品报废时，也减少了对停产库存零件的处理需求。

图1. 机车IGBT相位模块的散热器的传统和增材制造工艺对比图，显示了利用增材制造减少制造周期、避免生产工具和减少WIP的好处。

增材制造环境可持续性上同样展现出巨大的优势。因为与减材制造相比，增材制造能够生产出所需材料更少的零件、制造辅助设备和工具，从而减少浪费。能够按需生产零件和生产工具，而不是把它们储存在货架上，这也节省了仓库空间，同时消除了储存昂贵的库存以支持停产产品的必要性。最后，由于增材制造提供了设计上的自由，可以创造出传统制造技术不可能生产的零件，它为工程师提供了为应用设计而不是为制造能力设计的途径，从而使他们能够开发出更加节能的产品。

图2. 在3D Systems的DMP Flex 350 Dual上使用LaserForm AlSi10Mg (A)材料3D打印的优化和集成的双气动阀的切面和装配，与传统制造相比，质量减少了42%，并取消了15个零件。

增材制造自80年代诞生以来，随着许多不同类型的打印技术（如光聚合物、粉末床熔融、直接金属打印等）的加入而不断发展。我们还看到们，为满足最终使用的生产需求，制造商所设计的材料数量不断增加，并整合了先进的软件应用程序，使设计自由度最大化。增材制造已经成为交通创新的转型工程工具，也是垂直整合战略的关键加速器，其界面更加简单，便于采用。增材制造不仅仅是一种新的生产模式，它还实现了一种具有独特商业利益的不同范式。

无需工装的生产零件

增材制造是一个固有的过程，它消除了生产过程中的一个主要人工制品——工具。从数字化模拟中直接生产部件的能力不仅使过程更有效率，而且允许商业模式的分散化，快速适应和交付客户体验，以及以更少的制造开销和浪费实现这一点。

图3. 在3D Systems公司的DMP Flex 350 Dual上使用LaserForm AlSi7Mg0.6（A）材料打印的优化的液体冷却热交换器的切面，与传统的空气冷却散热器相比，节省了83%的空间，并取消了97个零件。

数字化库存管理

由于数字加密和知识产权保护技术的快速发展，如数字版权管理（DRM）或区块链系统，保护3D模型和3D打印参数是一个与增材制造技术完美结合的现实。设计所有者现在可以在全球范围内发布数字信息，控制将生产多少物理零件并保证质量，而远程用户或制造商可以按需打印，而不需要运输、保险、存储或维护库存。

图4. 加密3D模型和技术数据包的图形表示，数字密钥可以控制要打印的数量及其制造参数，如材料、工具路径、温度、速度等。

快速生产工具

与汽车行业相比，商业和公共交通需要大得多的零件，虽然增材制造技术在生产力和构建尺寸上不断增长，但一些关键零件仍然无法使用目前的3D打印机生产。许多零件（如大型金属铸件、车身外部零件、大型内饰板）也不能像预期的那样有效地生产，以满足终端消费的需要，因此需要以传统方式制造。在这些情况下，增材制造是创建快速的中低量级模具和铸造模式的完美解决方案，无论是牺牲性模板还是可重复使用模板，其优点是可以将它们作为数字库存工具来维护，并消除对环境控制的存储空间多年的需求。

图5. 使用Titan Atlas 3.6和PC-GF10，以10%的填充密度在FDM中打印的真空成型模具，根据EN 45545-2:2013 R1，用PC板热成型一个3毫米的FR地铁列车面板。

借力增材制造，将交通创新转为全速前进

具有坚实的可持续发展长期愿景的公司，应努力以促进经济增长、解决社会挑战的方式运作，并通过使用可再生资源和消除浪费来保护地球。先进运输制造商和直接供应商正在重新评估他们的财务战略，以实现有弹性的供应链：对关键部件的速度和部件的可用性越来越重视，许多人正在通过将增材制造纳入他们的生产工作流程而实现成功。对于那些考虑走这条路的人来说，了解初始资本投资水平、符合业务需求的正确技术以及技术培训的要求似乎都很艰巨。这就是参与战略伙伴可以在提供技术援助和端到端解决方案方面发挥很大作用的地方，这不仅有助于执行增材制造的采用，还可以为他们的业务实现最大的利益。有了正确的合作伙伴和正确的解决方案，南极熊相信所有规模的制造商和供应商都有巨大的机会，利用增材制造的力量加快他们的创新和竞争地位。