金属 3D 打印和 CNC 加工之间的联系在许多方面为印第安纳州的一家制造商提供服务。一种联系是类似于加工车间的客户对话。以下是一家小公司的发展，该公司迅速发展成为蓬勃发展的增材制造零件生产商。
印第安纳州富兰克林的创新 3D 制造公司拥有通过增材制造 （AM） 在金属零件生产和原型制作中保持持续盈利的秘诀。这个秘诀是：不要有构建失败。或者，尽可能少地使用它们。在激光粉末床熔融（LPBF）中，顾名思义，构建失败就是它所描述的：3D打印构建无法产生可行的零件，可能是因为热应力造成的过度变形。构建失败的代价高昂，不仅浪费了材料，还浪费了时间——很容易让 10 到 20 小时的 3D 打印时间一无所获。虽然在激光粉末床熔融中首次构建时，构建失败通常很常见，但对于创新 3D 来说并不常见。合同制造商每月运行 80 到 90 个上午 工作，其中大部分是非经常性的，并且是第一次看到。然而，该公司首次打印零件的成功率远远超过90%。专属电子书电子书：选择合适的软件：您的 10 点清单ECI 的 10 点清单介绍了您的加工车间或机械车间在评估适合其业务的软件时需要了解的所有内容。下载视频：预设效率了解如何缩短设置时间并提高效率。在本视频中，HAIMER 演示了他们的 Microset 预设机如何简化您的工具设置过程。立即观看公司联合创始人兼运营经理克里斯·贝克（Chris Beck）表示，这种成功率的很大一部分秘诀是这家增材制造公司严重依赖CNC加工的方式。
我最近在这家印第安纳州的添加剂制造商那里度过了一段时间，了解了该业务的运作方式，以及它如何在短短几年内发展成为一家蓬勃发展的增材制造零件生产商，利用并普遍填补了十几台 LPBF 机器的产能。
如何防止 AM 中的构建失败
加工有助于控制LPBF构建失败的方法很简单。为了防止零件变形，Innovative 3D的工程师经常过度指定支撑结构。他们还高估了围绕3D打印特征的附加库存。Beck说，构建失败的代价如此之高，以至于在增材制造过程中为稳定性而应用的额外材料是一种相对便宜的保险单。Hurco、Mazak 和 Toyoda 的立式加工中心（以及车间的其他机床）提供了充足的产能来支持 LPBF 工作。即使是带有额外毛坯的增材制造零件，也比许多同类铸件更接近净成形，加工工作量也比铸件可能需要的要少，这意味着额外的毛坯可以保护零件的价值，而不会在下游产生大量的额外成本或工作量。
事实上，这种对机械加工的依赖，以一种让人联想到铸造的方式，是该车间成立的遗产。贝克曾在压铸行业工作，他的共同所有者（在日常业务中并不活跃）是附近一家蓬勃发展的铸造企业的所有者。两人于 2017 年创立了 Innovative 3D。今天参观这家公司，会惊叹于它在短短几年内取得了多大的进步，因为该工厂不起眼的外观（似乎是印第安纳州南部制造园区的另一座工业建筑）掩盖了内部先进制造的数量和复杂性。Innovative 3D拥有12台激光粉末床熔合机，全部来自雷尼绍，每周7天，每天，大多数机器都在运行客户零件。贝克靠个人贷款建立了这家公司，没有风险投资，除了联合创始人之外没有投资者，如果企业失败，他自己家的房子就会岌岌可危。也许是受到所有者对最后一点的关注的刺激，该业务在其七年的经营中的每一年都实现了盈利。但重要的是：在第一年，当增材制造活动仍在增加时，正是机加工工作使业务盈利。通过这种方式，3D打印和机械加工之间的紧密集成也是业务成功的关键因素。如果说另一种成分同样重要，贝克说它与客户的关系也类似。
在增材制造零件中寻找成本节约方案
他说，与客户的联系的一部分是声誉：不仅要关注公司是否为人所知，还要关注公司如何为人所知。“永远做你说你要做的事情，”他说，作为操作原则。“我们的大部分工作都来自回头客或推荐”，因此声誉的价值始终在他的脑海中。这通常会导致工作到很晚或对工作进行额外投资，而这是按照商定的时间交付工作所必需的。虽然交付时间的变化是增材制造的一部分，因为它承担的工作中有很大一部分是发展性的，但 Beck 的目标是以可靠的一致性脱颖而出，无论他是否认为特定工作的时间安排受到密切关注。
与客户互动的另一个方面是协商性的：有足够的机会对工作有共同的理解。在Beck在工作计划阶段与客户对话的价值中，他的增材“车间”非常具有加工加工车间的暗示性。他说，许多零件都适合增材制造，但Beck和他的员工通常发现，他们可以通过直接的几何变化（例如，与悬垂特征有关）来降低增材制造生产成本，或者了解哪些特征对零件的功能真正至关重要。与此同时，他说，公司有更大比例的零件不适合使用增材材料，即使客户认为增材材料是他们想要的，Innovative 3D公司承担这些工作也不符合任何人的利益。
Beck宣称，“我们提供的增材制造零件中，只有大约八分之一真正对3D打印有意义。对于其他七人来说，他在铸造方面的职业经验，以及后来在机床行业的职位，使他有足够的知识为客户提供有用的指导，以找到一种更具成本效益的非增材制造方式来生产零件。
这意味着：对于Innovative 3D来说，在增材制造生产领域蓬勃发展的另一个秘诀是可以自由地拒绝增材制造生产的机会。而用于生产的增材制造确实是公司现在蓬勃发展的地方，也是获得最快收益的地方。这幅图暗示了对公司在这一领域的成功有意义的其他一些做法，以及它看到的一些更令人惊讶的机会。Beck 将一些潜在的增材制造工作发送给其他流程，但这些其他流程有时会将工作发回给他。
通过LPBF进行的经常性生产对于Innovative来说正在迅速增长。如今，该公司的增材制造工作是 40% 的生产，60% 的原型制作或工艺开发。但贝克说，各种生产工作即将开始。一年内，生产份额将达到70%。该业务一半是航空航天和国防。另一半服务于广泛的行业，包括枪支、医疗和运输。这项工作涉及对AS9100、ISO13485和ITAR等质量体系的注册。它还涉及保密。
“我们大约有300个NDA，”他说。这种保密性是增材制造的特征，但在Innovative 3D的案例中，并非所有的保密性都与新设计有关。其中一些专注于旧设计。许多生产商面临与铸造交货时间长相关的供应链挑战，他们来到Innovative ，希望通过LPBF获得原本可以铸造的零件。Beck说，在这些情况下，零件的几何形状与铸造版本相同，并且零件的材料特性通常更好。但是，他表示，公司通常不希望引起人们对偏离其标准流程的零件替换的关注。然而，Innovative 如此频繁地进行这种桥梁生产，以至于 Beck 可以自信地说：“那里的增材制造比你想象的要多得多。增材制造（桥梁或其他）是公司利润和未来所在。然而，“原型设计是最有趣的，”他承认。这是公司所有者喜欢的工作：优化增材制造的几何形状，考虑必要的步骤，以确保第一次建造是准确的。由于领导成长型企业的需求，他越来越少地做这项工作;今天有三位工程师在做这项工作，他们每天都在准备第二天的构建。Beck说，在迄今为止的业务历史中，“我们已经通过增材制造了超过12,000个零件几何形状。再说一遍，并非所有这些都是为增材制造而设计的，因为有些工作——最近工作的很大一部分——是打算通过铸造制造的零件。
在十几台雷尼绍增材制造机床中，有两台从一开始就与雷尼绍合作。这两台机器已经交付了超过150万层的3D打印。八台机器，包括两台最旧的机器，是单激光器，而四台较新的机器是四激光器。为了防止材料转换浪费时间，公司倾向于让所有机器都按材料专用;该系列包括多种不锈钢合金、多种铬镍铁合金、钴铬合金、钛合金、铝等。该公司总共只有 12 名员工，包括 Beck，每周工作 7 天。每周工作五天，每天工作 10 小时，周六和周日各工作几个小时，以进行任何需要的人工干预。周五是最繁忙的一天，因为这是团队在整个周末为长构建周期做准备的时候。
我星期二在那里。在和贝克一起走在车间时，我问他：今晚午夜，有多少台LPBF机器在生产零件？他想了想当前活跃的工作，上下打量了一排机器，在脑海中快速计算了一下，然后说：“九个。也就是说，在具有代表性的工作日，75%的增材制造能力从事商业工作。该公司并不总是有这么多的增材制造活动。
增材制造连接加工的更多方式
在第一年，为增材制造机床找工作很困难，因此与增材制造无关的加工车间加工是主要收入来源。对于增材制造供应商来说，这是机械加工与增材制造连接的最基本方式之一：作为替代路径，在增材制造机会之间或之前获得收入的手段。相比之下，今天几乎所有的 Innovative 3D 加工都支持增材制造，这带来了更多功能之间的联系。以下是该公司展示的金属3D打印和机械加工相结合的方式：
1.铸件的加工是为增材制造做准备。 与加工铸件相关的功能为加工增材制造零件提供了有效的策略。这两种类型的零件都具有不提供平坦夹紧表面的有机形式。就像其他进行铸件精加工的车间一样（Innovative 3D有时也会这样做），这里的车间有一台铣床，用Renshape可加工的聚合物切割量身定制的工件，以支持奇形怪状的工件，在Innovative 的情况下，这些工件是3D打印的。
2. 在金属增材制造中，倾向于加工比避免加工更有意义。同样，由于失败的构建可能会破坏工作的盈利能力，因此额外的库存是廉价的保险。与铸造相比，即使是留有大量毛坯用于加工的增材零件也更接近净形状。（与机加工的猪出零件相比，忘了它。
3. 增材制造的工作流程造就了一个伟大的原型机车间。增材制造件的工作流程和复杂性使支持这项工作的机加工车间具备了非常适合加工复杂原型和工具的节奏、耐心和专注力。许多机械车间试图避免这种一次性工作，更喜欢重复生产。以满足增材制造需求为导向的机加工车间本质上是一个有能力的原型车间，本质上是次要的好处。在我参观的那天，Innovative 的机加工车间正在为一家航空航天 OEM 运行一套工具——与增材制造无关的复杂加工零件。
4. 我们提到过构建板吗？Innovative 的增材制造速度导致每天有 6 到 8 个构建板需要重新铺装。车间的一台立式加工中心实际上专门用于这项工作。用于从构建板上切断的线切割线是 LPBF 的另一项特别重要的功能，它是这里机加工车间的一部分。5. 加工机会可能来自增材制造专业知识。Beck说，增材制造之所以能带来加工机会，与增材制造为供应商名单提供入口的方式有关。“作为机械车间，很难获得供应商代码，”他指出，发布这些代码的原始设备制造商已经认识许多加工供应商。他说，作为增材制造供应商，获得供应商代码要容易得多，然后该代码适用于任何制造工作。虽然原始设备制造商确实知道许多机械车间，但贝克说，他们知道的在原型或复杂工具方面有效的很少（见第 3 点）。一旦增材制造开始这种关系，对此类加工的关注会带来额外的工作。
如今，Beck 和 Innovative 3D 面临的一个更大的问题也与加工有关。该公司仍然从事高端加工工作，并为航空航天和医疗客户提供某些经常性加工工作，这些工作在加工工作占收入的重要份额时赢得了这些工作。但是，现在增材制造已经填满了车间的产能，而且现在业主们认为，如果他们愿意扩大规模，可以从事更多的增材制造工作，他们是否应该放弃加工机会，以便更充分地将公司的精力转向增材制造？没有简单的答案。纯粹的机械加工工作是多样化的，是另一种保险单。同时，它也是一种分心——一种注意力的分散，可以集中在公司创建时要做的工作上。
从某种意义上说，增材制造成功的最有意义的因素之一就是增材制造的成功。成功本身为将潜在的增材制造工作转移到其他工艺提供了信心基础。回头客对此表示赞赏和信任。因此，更多的机会不断涌现，使Innovative 3D能够利用八分之一的机会，这对增材制造来说是有意义的。增材制造成功的部分途径是成为制造顾问，能够看到并说出将特定零件引导到增材制造以外的过程的所有原因。为什么八分之一的工作很合适？贝克说，要使一份工作对LPBF有意义，可能需要检查各种方框。适合以这种方式增材制造的零件可能由高温合金或其他比机器更容易3D打印的材料制成。它还应该具有薄壁或复杂的几何形状。它需要一种设计，能够比传统制造的零件版本具有性能增强。此外，如果增材制造的目标之一是节省成本（这越来越经常是 Beck 公司的目标），那么零件的尺寸需要调整，以便许多零件可以安装在构建板上，以便在单个周期内实现经济生产。
这需要检查很多框。然而，贝克发现有很多工作可以检查所有这些。例如，各种枪支工业零件。一个实例是针对添加剂重新设计的抑制器;它具有复杂的几何形状，与标准抑制器相比，性能更高，并且可以 3D 打印，每次构建 16 到 24 次。优点：他说，这种增材制造件很容易进行后处理——圆柱形零件在车床上按照规格进行加工。但是，最近增加了这些机会，有相当一部分零件没有勾选任何框，但对增材制造来说仍然有意义，因为零件的既定流程会造成供应链延迟。
“有些人仍然试图说添加剂既昂贵又缓慢，”贝克说。“当我听到这句话时，我只是想，'那是因为你正在打印一些不应该以这种方式制作的东西。他说，很多零件都应该以增材制造。当容量限制导致其他流程本身变得昂贵或缓慢时，列表就会变得更长。
