航空航天工业是添加剂技术的早期采用者，随后是汽车工业。这些行业与添加剂技术的关系如何?在最近的一次采访中，David Giebenhain，全球产品总监Protolabs，分享了他的想法。
航空航天工业使用添加剂技术的时间可能比其他工业要长。一个关键原因是，航空航天是一个近乎完美的选择，可以提取增材制造所能提供的价值。添加剂技术非常适用于轻量化、优化热交换器性能、部件固化以及使用能承受极端高温的超级合金(如铬镍铁合金)等材料制造复杂部件的应用。对于航空航天来说，这些应用中的每一个都是对飞机和航天器性能的增值。此外，另一个主要驱动因素是航空航天工业倾向于低产量生产产品，在这个领域，添加剂相对于传统制造工艺更具成本竞争力。从这个角度来看，航空航天很早就采用了3D打印/添加剂技术是合乎逻辑的。
航空航天工业的一个趋势是转向更高的批量需求和更大的零件需求。protoolabs从GE Additive购买了两个X Line平台，这两个平台有很大的建造量，大约800 × 500 × 400毫米，以满足这些类型的要求。一个主要使用因科镍铁合金材料，而另一个使用铝。
制造大零件的能力也能让我们在一次生产中制造很多小零件，这真的有助于降低成本，也许还能降低汽车等其他行业的成本壁垒。
航空航天行业很早就开始为增材生产部件开发质量标准和验证流程，比大多数其他行业都要早得多。今天，尽管对增材生产部件仍然缺乏广泛认可的标准，但航空航天行业的大多数公司已经制定了自己的标准和要求来合格增材生产部件。这些要求中仍然包括联邦航空局的规定，但他们也倾向于引入其他领域，比如他们已经使用了几十年的铸造要求。
在应用增材技术方面，汽车市场比航空航天市场落后几年，尽管它有很大的潜力。汽车领域的许多应用仍倾向于以原型使用案例为主，活动来自电动汽车和自动驾驶系统公司，它们正竞相将产品推向市场。
Giebenhain认为这个细分市场活动有限的原因有几个。在汽车消费市场，比如乘用车，产量往往很高，这使得添加剂技术在成本效益方面的作用不大。注塑和铸造等工艺非常适合汽车的这部分。
另一个因素是，虽然添加剂的复杂性仍然可以为汽车应用增加很多价值，但它给航空航天工业带来的价值通常还没有达到这个水平。例如，减轻重量为航空航天工业节省了相当多的钱，但汽车重量的减少却没有达到这个水平。因此，结合更高的产量，添加剂有一个更大的障碍，以克服。
目前，添加剂适合汽车定制外观和部件或个性化选项的需求。
汽车工业正在探索粘合剂喷射技术
汽车工业最近正在探索的一种添加剂技术是粘合剂喷射。Giebenhain认为粘结剂喷射技术很有前途。相对于激光烧结，在这个过程中制造的零件的成本正在下降，特别是随着产量的增加。
但也存在一些挑战。粘结剂喷射过程需要一个脱胶和烧结阶段，以使零件完全致密。在整个烧结过程中，零件会收缩和变形，所以需要几次迭代来完善3D打印机的预设计，以获得实际所需的几何形状。
目前正在开发帮助预测收缩和翘曲的软件。Giebenhain在这里看到了大量的投资。Giebenhain认为，随着软件的成熟，它将在许多行业得到广泛应用，比如汽车行业。
为航空航天和汽车增材制造设计零件
航空航天行业的工程师们显然是专门为添加剂设计零件，利用处理复杂性的能力。它们正在消除不时出现的可制造性担忧，尤其是在金属方面。由于它们消除了潜在的制造问题，因此服务提供商更容易直接进入打印过程，而无需进一步迭代以消除这些制造性限制。
即便如此，Giebenhain指出，仍有一些改进的空间。“至少在protoolabs，仍然很少看到客户为了特定的性能目标(如交换热量或轻量化)而发送拓扑优化或生成设计的部件。但我认为，随着这些软件功能的成熟和更广泛的应用，我们将开始看到更多的部分有针对性地利用附加技术。
设计软件
拓扑优化和生成设计软件可以大大增强设计人员使用附加技术的能力。传统制造在处理拓扑优化和生成设计软件可能实现的有机外观设计方面能力有限。
Giebenhain指出:“如果你在铣削某样东西，你必须把速度降低很多，以在曲线上获得漂亮的表面抛光。”
除了拓扑优化和生成设计软件之外，另一种形式的软件似乎是更大程度上采用附加技术的障碍。多年来，人们指责硬件是障碍。但随着技术的发展，建造速度加快，情况发生了变化。
Giebenhain指出:“在硬件方面总有工作要做。”“例如，粘合剂喷射仍处于早期阶段，在更广泛的应用之前将继续改进。今天，这个问题更多的是关于软件。许多独立的软件功能都非常棒。有很棒的生成设计软件。有很棒的构建准备软件。有很棒的构建模拟软件可以预测构建过程中产生的内部压力等问题。有软件可以模拟烧结阶段的收缩和翘曲。但我认为我们缺少的是将所有这些能力整合在一起，这样设计软件也会检查构建过程中潜在的内部压力。
“因为现在这两个点之间有一个断点。客户可以寄给我们一个零件，从设计的角度来看，如果我们能这样生产，那就太好了。但从它的设计来看，建造起来很有挑战性。为了适应设计，必须做一些补充，如支撑结构。你如何优化这些，以便在第一时间得到一个好的构建，同时最小化成本和减少构建时间?我认为将所有这些软件功能整合起来会有巨大的价值。这很难做到，我想这就是为什么它还没有发生。不同的公司开发不同的软件，当然他们必须集成到硬件中，这是另一套公司。这是一个大问题，但我期待着它的发展。”
技能交换
加法技术适用于许多行业，每一种都学习优化设计的特定技术。在某些情况下，这些技术可以交叉使用，使其他行业的设计师受益。例如，与其他行业相比，医疗行业处于领先地位。
“这和航空航天差不多，”Giebenhain说。“在个性化医疗、植入等方面有很大的价值。这样的需求促使工程师们更早地转向添加剂领域。但总的来说，大多数行业的添加剂仍处于起步阶段，有很多东西需要学习。我认为，如果我们能让航空航天、医疗和汽车行业的客户更公开地谈论他们的添加剂战略和添加剂工艺，这将对其他行业有很长的路要走。想想他们如何决定什么时候使用添加剂?他们是如何训练他们的工程师在添加剂的设计上如此高效的?他们如何管理生产的质量和验证?
“在一开始就回答这些类型的问题，可以让其他可能不太熟悉添加剂的人领先一步。我认为另一个方面,这将是对这些更高级的企业在获得描述他们的旅程,他们现在和进入细节在所有他们所面临的挑战,为了消除这些障碍,障碍这些其他行业一样他们开始他们的旅程。提前了解这些缺陷可能更有价值，而不仅仅是给他们提供解决方案，因为不同行业的解决方案可能不同，但许多障碍是相同的。
“我认为，要求航空航天和汽车行业分享他们的特殊酱料是很困难的，尤其是如果他们认为这会给他们带来竞争优势的话。我希望的一件事是，随着航空航天、汽车和其他行业的附加专业技术变得越来越普遍，在他们的行业中不再是一个与众不同的东西，这种犹豫将会消退，他们将更愿意与消费电子等行业分享。
“获得跨行业的知识可能很困难，但现在附加空间越来越大，我们有AMUG和RAPID等活动，它们正在催化这类对话。美国制造等其他组织也在努力促进这些讨论，我们也参与了其中一些讨论，并取得了良好的结果。”
像protoolabs这样的服务提供商也有助于促进跨行业学习。这些供应商中有很多都有庞大的应用工程师团队，他们与设计师一起通过电话为特定的生产过程优化设计提供建议。有时，这些应用工程师会向那些在应用添加剂技术方面很先进的客户学习。
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