通過 3D 打印推動商業(yè)和公共交通的可持續(xù)性發(fā)展

導讀：隨著近兩年大流行疫情的蔓延，我們開始逐漸意識到經濟的可持續(xù)性是多么容易受到干擾。它對供應鏈和全球經濟的負面影響如此之大，以至于各國政府都在實施各種舉措，努力扭轉這一趨勢。例如，拜登總統(tǒng)的增材制造推進計劃（AM Forward），印度的增材制造國家戰(zhàn)略（AM）。

在全球范圍內，商業(yè)和客運，如卡車、公共汽車和鐵路，也成為這一趨勢的受害者。由于需求減少、勞動力短缺和供應鏈延遲，這些行業(yè)正處于深度低迷之中。其中許多制造商已經開始實施定制的產品配置，以保持競爭優(yōu)勢，然而，他們提供這些產品的能力已經深受影響。約翰迪爾阿根廷公司總裁的安東尼奧-加西亞說："沒有比不能及時制造的零件更昂貴的零件了�！八�和目前的許多人一樣，承認需要實施更敏捷的產品創(chuàng)新和靈活的制造工藝，以保持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，并保證在這個新的大流行疫情后期現(xiàn)實交易中的業(yè)務增長。

貨物運輸和乘客過境的大幅減少迫使商業(yè)貨運公司和公共交通運營商停放他們的大部分資產。他們現(xiàn)在有能力讓這些資產重新投入運營，但發(fā)現(xiàn)自己需要合格的維修勞動力，尋找到合適的備件一個難題。有鑒于此，運輸制造商和直接供應商正在重新評估他們的財務戰(zhàn)略，以實現(xiàn)有彈性的供應鏈。他們開始越來越重視關鍵部件的速度和組件的可用性，整合垂直流程，并與位于其裝配地點附近的區(qū)域供應商建立伙伴關系。

增材制造（AM）已經證明了其通過提高生產力來支持經濟可持續(xù)性的價值。增材制造可以促進快速創(chuàng)新，并通過減少零件數(shù)量、簡化零件物流和減少90%的庫存水平，將上市速度提高到3倍。這將帶來無盡的好處，包括減少潛在延誤的風險，以及簡化裝配操作，減少勞動力。此外，通過增材制造技術實現(xiàn)的整體部件，產品質量得到改善，從而提高了可靠性。因此，對服務支持的需求減少了，從而減少了更換零件的數(shù)量（可達60%）。由于對庫存的需求減少，在產品報廢時，也減少了對停產庫存零件的處理需求。

圖1. 機車IGBT相位模塊的散熱器的傳統(tǒng)和增材制造工藝對比圖，顯示了利用增材制造減少制造周期、避免生產工具和減少WIP的好處。

增材制造環(huán)境可持續(xù)性上同樣展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。因為與減材制造相比，增材制造能夠生產出所需材料更少的零件、制造輔助設備和工具，從而減少浪費。能夠按需生產零件和生產工具，而不是把它們儲存在貨架上，這也節(jié)省了倉庫空間，同時消除了儲存昂貴的庫存以支持停產產品的必要性。最后，由于增材制造提供了設計上的自由，可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)制造技術不可能生產的零件，它為工程師提供了為應用設計而不是為制造能力設計的途徑，從而使他們能夠開發(fā)出更加節(jié)能的產品。

圖2. 在3D Systems的DMP Flex 350 Dual上使用LaserForm AlSi10Mg (A)材料3D打印的優(yōu)化和集成的雙氣動閥的切面和裝配，與傳統(tǒng)制造相比，質量減少了42%，并取消了15個零件。

增材制造自80年代誕生以來，隨著許多不同類型的打印技術（如光聚合物、粉末床熔融、直接金屬打印等）的加入而不斷發(fā)展。我們還看到們，為滿足最終使用的生產需求，制造商所設計的材料數(shù)量不斷增加，并整合了先進的軟件應用程序，使設計自由度最大化。增材制造已經成為交通創(chuàng)新的轉型工程工具，也是垂直整合戰(zhàn)略的關鍵加速器，其界面更加簡單，便于采用。增材制造不僅僅是一種新的生產模式，它還實現(xiàn)了一種具有獨特商業(yè)利益的不同范式。

無需工裝的生產零件

增材制造是一個固有的過程，它消除了生產過程中的一個主要人工制品——工具。從數(shù)字化模擬中直接生產部件的能力不僅使過程更有效率，而且允許商業(yè)模式的分散化，快速適應和交付客戶體驗，以及以更少的制造開銷和浪費實現(xiàn)這一點。

圖3. 在3D Systems公司的DMP Flex 350 Dual上使用LaserForm AlSi7Mg0.6（A）材料打印的優(yōu)化的液體冷卻熱交換器的切面，與傳統(tǒng)的空氣冷卻散熱器相比，節(jié)省了83%的空間，并取消了97個零件。

數(shù)字化庫存管理

由于數(shù)字加密和知識產權保護技術的快速發(fā)展，如數(shù)字版權管理（DRM）或區(qū)塊鏈系統(tǒng)，保護3D模型和3D打印參數(shù)是一個與增材制造技術完美結合的現(xiàn)實。設計所有者現(xiàn)在可以在全球范圍內發(fā)布數(shù)字信息，控制將生產多少物理零件并保證質量，而遠程用戶或制造商可以按需打印，而不需要運輸、保險、存儲或維護庫存。

圖4. 加密3D模型和技術數(shù)據(jù)包的圖形表示，數(shù)字密鑰可以控制要打印的數(shù)量及其制造參數(shù)，如材料、工具路徑、溫度、速度等。

快速生產工具

與汽車行業(yè)相比，商業(yè)和公共交通需要大得多的零件，雖然增材制造技術在生產力和構建尺寸上不斷增長，但一些關鍵零件仍然無法使用目前的3D打印機生產。許多零件（如大型金屬鑄件、車身外部零件、大型內飾板）也不能像預期的那樣有效地生產，以滿足終端消費的需要，因此需要以傳統(tǒng)方式制造。在這些情況下，增材制造是創(chuàng)建快速的中低量級模具和鑄造模式的完美解決方案，無論是犧牲性模板還是可重復使用模板，其優(yōu)點是可以將它們作為數(shù)字庫存工具來維護，并消除對環(huán)境控制的存儲空間多年的需求。

圖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，根據(jù)EN 45545-2:2013 R1，用PC板熱成型一個3毫米的FR地鐵列車面板。

借力增材制造，將交通創(chuàng)新轉為全速前進

具有堅實的可持續(xù)發(fā)展長期愿景的公司，應努力以促進經濟增長、解決社會挑戰(zhàn)的方式運作，并通過使用可再生資源和消除浪費來保護地球。先進運輸制造商和直接供應商正在重新評估他們的財務戰(zhàn)略，以實現(xiàn)有彈性的供應鏈：對關鍵部件的速度和部件的可用性越來越重視，許多人正在通過將增材制造納入他們的生產工作流程而實現(xiàn)成功。對于那些考慮走這條路的人來說，了解初始資本投資水平、符合業(yè)務需求的正確技術以及技術培訓的要求似乎都很艱巨。這就是參與戰(zhàn)略伙伴可以在提供技術援助和端到端解決方案方面發(fā)揮很大作用的地方，這不僅有助于執(zhí)行增材制造的采用，還可以為他們的業(yè)務實現(xiàn)最大的利益。有了正確的合作伙伴和正確的解決方案，南極熊相信所有規(guī)模的制造商和供應商都有巨大的機會，利用增材制造的力量加快他們的創(chuàng)新和競爭地位。