多年來，3D打印解決方案取代了部分工藝，也擴(kuò)展了許多傳統(tǒng)工藝。創(chuàng)建夾具與固定裝置、更快速的交付原型及定制義肢、提供短期需求的按需定制部件是體現(xiàn)3D打印價值的幾種方法。

據(jù)Wohler’s Report所述，這些方面的應(yīng)用也是3D打印行業(yè)在2017年增長21%的原因。3D打印的使用在不斷增長，越來越多企業(yè)發(fā)現(xiàn)增材制造能夠降低運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率以及提供更具耐久性的產(chǎn)品。

直到最近，有一個重要的標(biāo)準(zhǔn)還沒被用于3D打印的計(jì)量-生產(chǎn)運(yùn)行可重復(fù)性。3D打印極大節(jié)省成本，通過性能極佳的材料，為創(chuàng)建復(fù)雜和充滿想象力的部件提供了新方式。然而，還是輸入調(diào)節(jié)打印設(shè)置和全面生產(chǎn)運(yùn)行能力?，F(xiàn)在這種能力正隨著數(shù)字化成型的發(fā)展而不斷變化。

數(shù)字化成型是3D打印的下一個發(fā)展方向。通過已被證明的可重復(fù)性來為基于工模具的熱塑性塑料成型生產(chǎn)提供快速解決方案。新型的先進(jìn)3D打印機(jī)將如同其他生產(chǎn)制造設(shè)備一樣，提供更長運(yùn)行時間和且具有不遜色的可重復(fù)性。數(shù)字化設(shè)計(jì)將代替工模具開發(fā)的繁瑣過程，所需時間將縮短到數(shù)小時，而不是數(shù)天乃至數(shù)周。

盡管這項(xiàng)技術(shù)不會取代基于注塑的大規(guī)模生產(chǎn)，但是它可以提供快速生產(chǎn)，適應(yīng)零件的快速變化需求，并且在工模具設(shè)計(jì)和加工階段即可使用。

大批量自動化生產(chǎn)

可重復(fù)性是批量生產(chǎn)的重要指標(biāo)。現(xiàn)有的熱塑性塑料生產(chǎn)技術(shù)提供標(biāo)準(zhǔn)化的批量生產(chǎn)，僅需少量的運(yùn)行維護(hù)。對于數(shù)百萬個部件來說，這個過程是可重復(fù)的。數(shù)字化成型可為增材制造技術(shù)賦予這種級別的可重復(fù)性。

如果8臺3D打印機(jī)被設(shè)定制造1萬個零件，那么所有8臺打印機(jī)都必須有相同設(shè)定，并確保在生產(chǎn)過程中不會發(fā)生改變。實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果證實(shí)，基于3D Systems Figure 4的數(shù)字化成型工藝可以達(dá)到每小時100毫米的打印速度-六西格瑪可重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)。

3D Systems的Figure 4 Production System

統(tǒng)計(jì)結(jié)果為Cpk> 2，Cpk指工程能力指數(shù)。獲得的值為2或更高被認(rèn)為達(dá)到“六西格瑪”質(zhì)量過程。為了Figure 4打印平臺建立Cpk值，測試分別在8臺設(shè)備上進(jìn)行。

Cpk測試需要運(yùn)行30個樣本。測試部件由每臺Figure 4打印機(jī)制作，并使用微米尺四次測量，統(tǒng)計(jì)樣本使用平均值。

接下來，調(diào)整物理模型，打印新的部件并再次測量。從兩臺打印機(jī)都獲得了相應(yīng)的圖表。綜合結(jié)果得分為2甚至更高，可重復(fù)性達(dá)到六西格瑪質(zhì)量。有些單獨(dú)的設(shè)備數(shù)據(jù)Cpk=1.94，從技術(shù)上來講，不屬于六西格瑪，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“新工藝的安全或關(guān)鍵參數(shù)”的低標(biāo)準(zhǔn)1.67。

材料專家、設(shè)計(jì)師和制造工程師現(xiàn)在可以使用數(shù)字化成型技術(shù)來滿足美學(xué)、功能、成本和耐用性的嚴(yán)格要求。數(shù)字化成型技術(shù)可以為有優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品、新設(shè)計(jì)、新的商業(yè)模型和新市場打開大門。關(guān)鍵在于在恰當(dāng)?shù)臅r候使用增材制造技術(shù)，而不是傳統(tǒng)的注塑成型。

3D Systems的材料專家們已經(jīng)為Figure 4創(chuàng)造了一系列工程熱塑性塑料，也在不斷擴(kuò)展材料，從而做到在注塑成型批量生產(chǎn)之前，實(shí)現(xiàn)小批量試生產(chǎn)（LRIP）。

數(shù)字化成型硬件

數(shù)字化成型需要一個生產(chǎn)系統(tǒng)，可快速擴(kuò)展和定制，以滿足制造商的獨(dú)特需求。3D打印，包括數(shù)字成型，必須占據(jù)整個零件生產(chǎn)過程。產(chǎn)量不僅僅被原始打印速度影響。它是一段時間內(nèi)打印、固化和后處理要求的總和。只有當(dāng)部件準(zhǔn)備好進(jìn)行進(jìn)一步的制造或運(yùn)輸時，才可以被算為部件的完成。

3D Systems的Figure 4 ProducTIon平臺是單獨(dú)打印模塊以及自動化后處理模塊的集成，可以根據(jù)具體需求進(jìn)行定制。

Figure 4的打印過程都是自動化的，首先是通過一系列超快的微型dlp(數(shù)字光處理)打印機(jī)進(jìn)行。這些單獨(dú)的模塊與定制的后處理模塊相結(jié)合，以極快的速度自動完成零部件的打印，向客戶交付數(shù)字化成型部件。

系統(tǒng)吞吐量以垂直速度計(jì)量。根據(jù)幾何形狀和材料的不同，一個3D物體以每分鐘幾毫米的速度從2D打印平臺被打印出來。

數(shù)字化成型技術(shù)是智能制造技術(shù)非常重要的部分。機(jī)器人手臂抓取零件的動作貫穿于在首道和二道工序中的每一步。數(shù)字檢測將工業(yè)4.0數(shù)據(jù)的采集和使用投入充分發(fā)揮作用。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議將數(shù)字成型系統(tǒng)與其他工廠設(shè)備連接起來，并通過網(wǎng)絡(luò)和云連接實(shí)現(xiàn)操作。

可擴(kuò)展性

數(shù)字化成型是針對塑料部件的免工具批量生產(chǎn)方式。為了達(dá)到批量，技術(shù)必須規(guī)?；詽M足各種工廠的情況。為了在制造技術(shù)中脫穎而出，數(shù)字化成型技術(shù)必須達(dá)到或超過傳統(tǒng)的注塑成型質(zhì)量，并且具有可接受的速度。

通過基準(zhǔn)測試發(fā)現(xiàn)，一個由8個模塊組成的Figure 4數(shù)字成型系統(tǒng)可以在11天內(nèi)生產(chǎn)出10000個帶紋理的汽車空調(diào)通風(fēng)口；而傳統(tǒng)的11天只能開出模具。

數(shù)字化成型不需取代傳統(tǒng)的注塑成型來證明價值。從CAD到生產(chǎn)的速度已使它成為小批量試生產(chǎn)（LRIP）的理想選擇。企業(yè)可以從數(shù)字成型開始，更快地進(jìn)入市場，然后可以選擇轉(zhuǎn)換或加入注塑成型，隨著需求的增長而增加投入。

整個生態(tài)產(chǎn)業(yè)環(huán)境

數(shù)字造型是一個生態(tài)系統(tǒng)。它需要硬件、材料和軟件，所有的設(shè)計(jì)都是為了達(dá)到要求。要成為增材制造領(lǐng)域的下一個創(chuàng)新，數(shù)字成型生態(tài)系統(tǒng)必須提供先進(jìn)的打印技術(shù)、最新的材料科學(xué)、識別數(shù)字成型的獨(dú)特性的CAD軟件，以及在各模塊之間進(jìn)行自動連接的機(jī)器人系統(tǒng)。

什么時候是使用數(shù)字化成型的合適時機(jī)？

當(dāng)4個指標(biāo)總擁有成本、生產(chǎn)率、耐用性和可重復(fù)性都需要被考慮的時候。當(dāng)業(yè)務(wù)驅(qū)動因素，如上市時間，生產(chǎn)靈活性和創(chuàng)新設(shè)計(jì)是必需的時候。當(dāng)需要品質(zhì)/速度/成本和工業(yè)4.0創(chuàng)新齊頭并進(jìn)的時候。對于注塑行業(yè)來說，數(shù)字化成型技術(shù)的到來意味著新的變革。