Greg Morris没有花太多的时间在幻想未来工厂的样子上，因为他早已在经营一家未来工厂。
他的公司Morris科技专注于生产航天、医药以及工业应用方面尖端的金属组件。第一眼看上去，Morris似乎经营了一家满是高端CNC机器的传统机器商店。在机器工具旁边，Morris空出一间EOS成型金属激光烧结（DMSL）机器储藏室，该设备用连层熔融金属粉末生产零件。
使用这六台机器，Morris最大限度的集合了世界上DMLS制造能力。他不仅使用这些设备来塑造原型，还可以用来生产零部件。这是一个由众多名词集合的实践——包括快速制造，成型数字制造，固体自由形态制造以及少量分层制造。所有这些名词都要采用添加剂加工技术，而在一开始，是计划用于成型塑模，以及生产成品的。Morris相信添加剂加工系统将会很快占领市场的极大份额。“我们正在产品生产方式革命的边缘。”他说道。
他并不是唯一一个位于这场革命前沿的人。例如，波音公司已经广泛采用快速成型机器为F18和其他军用飞机制造零件、工具并加工急救用品。“我们仅仅接触到了数字加工业的冰山一角。”波音公司Phantom works小组工程设计经理Jeff Degrange先生介绍说成型数字加工已经成为助听器行业的标准实践方法。3D系统公司CEO Abe Reichental先生说：“从数字上看，有数百万助听器是在立体成型系统基础上生产出来的。”
Additive manufacturing systems show promise as a way to make complex metal parts that would be too expensive, or even impossible, to machine or cast. This collection of samples from Morris Technologies hints at the complex part geometries that the company can produce in cobalt chrome on its EOS direct metal laser sintering equipment.
其他使用者也都跟上了数字加工业的流行趋势。曾经出版过美国快速成型工业年度报告的分析家Terry Wohlers估计，现在有大约12％掌握了添加剂加工技术的用户采用该技术进行生产。而在2003年，这个比例是3.7％。他说：“现在快速成型技术是一个热门话题。”
在不久的未来它将会变的更加热门。许多添加剂加工技术已经从成型塑模和单边工作向成熟加工类型转移。但是在制造领域广泛接受添加剂技术（同时也让设计工程师们都接受之前）它们必须克服很多重大的技术难题。
EOS最新的塑料成型机器Formiga 100是自我复制功能的一次质的飞跃，
而该功能长久以来都只停留在科学幻想上。该设备当中的23个生产零件，
事实上是由其他EOS成型金属激光烧结机器制造的。
材料缺点
今后几年要面临的最大问题都和材料有关。传统观点认为，当添加剂零部件具有可伸缩性或具备其他机械特性的时候，不能和它的塑模、机器加工和浇注的复本相匹配。
对于添加剂塑料系统来说，这样的观点有它的合理性。美国路易斯维尔州立大学快速成型中心运营经理Tim Gornet解释说：“由于设备的类型、采用的特殊材料、甚至是组装平台上零件的位置各异可导致性能的不同。”总的来说，他相信SLA设备上采用的激光治疗光固化树脂材料具有伸缩性，并且影响设备搭配无载或轻载应用程序的性能。例如Stratasys公司的熔融沉积模型或3D系统公司的选择性激光烧结系统上采用的热塑添加剂材料，将成型塑料性能之间的差异缩小到一定程度。但是性能上的差异还是存在。Stratasys公司熔融沉积模型系统产品经理Fred Fischer先生说，“我们从未告诉世人我们的材料与成型塑料是完全一致的，我们只是说更加接近。”该系统在挤压热塑层基础上生产零件。例如采用ABS塑料，Fischer指出熔融沉积模型FDM占成型性能的70％至80％。其他数据则显示存在更大的性能差异。相反的，越来越多的情况表明，采用添加剂金属加工流程，与浇注方法相比性能并没有多大的改变。Morris说道，他的航空以及医药客户花费了成千上万的美金投入到机械性能测试中，以证明DMLS流程满足他们应用程序的需求。结果虽然是保密的，但是Morris对流程的伸缩性性能做出报告——包括最终伸缩强度，屈服强度和延展度——这些与锻造特性很相似而且“比浇注效果更好。”他说，同样的情况在疲劳特性上也可以找到。
另外一个材料问题涉及到了选择的自由度。如今使用添加剂工艺时，可供工程师们选择的材料具有局限性。如Morris所说，“现在供我们浇注和加工的合金只有成百而不是上千种。DMLS现在拥有四种，包括钴铬合金，17－4不锈钢，铜合金以及新型马氏体时效工具钢。”EOS用户已经进行了持续数月的钛合金Beta测试。粉状金属系统发明者之一Arcam采用电子束熔化组合材料，同样的现在也只有两种材料——钛合金以及钴铬合金。
试想一下，如今市场上有成千上万的热塑材料，而供添加剂塑料系统的热塑和光固化树脂材料仅有几十种。材料选择的局限性并没有给实际应用带来很多麻烦，因为实际应用的时候更多依靠普通塑料。例如添加剂机器，可以采用尼龙、ABS塑料、聚丙烯和其他普通的热塑材料。“当你开始注意它们之间差异的时候，就会发现材料特性的不同。”Gornet说道。同时他指出添加剂加工行业缺少如具有阻燃、传导、改性、玻纤填充和耐高温等性能的材料。“我们需要更多的材料选择以使机器可被用于更多领域。”他说道。
设计数据的迫切需求
缺少设计数据给成型数字加工技术提出了另外一个难题。正如Gornet先生解释的，比现有成型材料具有缺点这个事实更糟糕的是，工程师们无从知道那些缺点在何处。Gornet说，“这对设计来说是非常紧迫的。”他和其他的成型专家们指出，缺少添加剂塑料零件长期积累数据和环境数据以及金属材料疲劳试验数据，是当前最显著的问题。
Quickparts公司CEO Ronald L.Hollis先生相信缺少设计数据会让设计师更容易从宏观上发现一个事实——即使添加剂加工系统与传统制造方法生产出的产品特性不完全一致，它们也能生产和制造性能可以满足多行业需求的零部件。“这取决于你如何使用零件。”他说道。报告指出ABS、SLA光固化树脂材料或者可选择的激光烧结（SLS）尼龙材料仍可以起作用。“成型材料可以完全满足实用需求，但是工程师们需要掌握更多的数据来检验他们是否达标。”Hollis先生说道。
快速加工技术
观察家期待可以掌握越来越多的数据，因为成型数字加工技术越来越受欢迎。与此同时，那些具有紧迫生产需求的大的原始设备制造商，正在自行开发他们的性能数据。Morris称公司较大的客户已经开始这个研究。据航天公司SLS设备材料和加工工程师Brian Hastings先生称，波音公司已经进行了额外的设备测试以支撑成型数字加工技术的相关工作。
Stratasys公司将会在今后的几个月中，在它的官方网站上公开登出设备性能数据、精确规格以及测试协议。据Fischer先生所说，公司测试添加剂零件的不同方法之间的矛盾将会造成性能的“巨大的差异”。“我们希望能够在数据开发标准上占据领导地位。”
成型塑模不能制造生产力
采用成型机器来生产成品，某种程度上代表了添加剂加工技术的商业化。Hollis说：“工程师们为设计的最后期限而苦恼或需要一些零部件而不愿意为工具发愁的时候，他们就采用了这个方法。”每天都要生产优质的零部件，这给加工流程可重复性、质量控制、生产能力和可靠性都提出了挑战。Morris解释说：“如今的添加剂加工系统还没有完全做好准备应对生产。他们依然是加工系统内运行的初步成型机器。”
高端添加剂加工机器的供应商们将所有这些生产能力问题的解决办法，都归到成型数字制造机器开发上。例如Arcam最近开发了一种新机器，比旧设备运转速度提高75％，结果使生产能力比先前的电子束系统有了大大提高。
Stratasys 公司开发了一种新软件，可以在它的成型数字制
造系统平台上管理产品生产。该软件可以帮助在多台机器
上分配工作，使效率最优化。
Stratasys公司将会推出具有各种针对快速加工技术的新系统。由于提高了x-y table、解码技术和控制能力，该设备具有更强的生产能力同时精确度增强。Fischer 说新的机器将会采用改进材料，这些材料的成型塑料性能之间的差异已被缩小。Stratasys公司开发了生产控制软件，来管理一台或多台设备上的生产能力，这是另外一个满足加工需求的举措。Fischer将该软件描述成一种将效率最优化的工具。例如，使用多台机器依据工作的不同特点进行任务划分。
智能减成加工技术
不是每个采用快速成型加工技术的人，都认为添加剂加工系统可以赢得设计工程师和制造商们的心。Protomold公司总裁Brad Cleveland先生就将他的赌注放在“智能减成（Intelligent Subtractive）”加工技术上或采用相关的设计，CAM以及围绕高速加工制造步骤的操作软件。
Cleverland先生说，“我们为软件运算公式、任意添加剂加工系统和现货CNC加工技术而储备资金，”在他职业生涯的早年合作建立的公司就是从事添加剂金属零部件生产的。
他的评论里包含有速度的概念。他说：“我们相信在可以预见的未来，切割材料比一层层构筑零件要快的多。”当他谈论速度的时候，他不是在吹嘘自己。Protomold公司高速加工操作的速度之快，让公司可以在一个工作日内生产出喷射塑模零件，换句话说，Protomold公司仅用了一天当中的一部分时间来加工铝模核心和内腔。Protomold公司的姊妹公司First Cut Protomold在加工塑料零件上也拥有类似的领先优势。
让Cleveland先生相信添加剂加工技术不会比它现在出色的另外一个原因是金属熔化。“添加剂流程的材料选择非常有限，”他说道。“很多材料都是唯一来源。将这个情况告诉你们的采购部门。”另外，他指出添加剂零件的表面打磨和强度性能的缺点，在对成型或加工性能有要求的领域采用该零件时会遇到障碍。
谈完所有他对添加剂流程的负面观点后，Cleveland先生也相信该技术会在未来有一席之地，但不会占很大份额。他
认为添加剂加工技术在减成加工技术无法完成的众多个性化领域和几何零件生产上占优势。但是这两个优势在他眼里只占很小的市场份额。他表示：“添加剂流程可以做的好的地方，智能减成加工技术比它强100倍。”
即使采用功率更大的添加剂加工设备，成型塑模工厂为满足大的原始设备制造商的需求工作量依然很大。根据波音公司Hasting所说，制造生产航空产品的零件，需要采用严格的控制流程、质量担保和能力测试。他同时强调产品流程的不可重复性也会造成交易的失败。“你必须要保证同样的流程可以重复一次又一次不出问题。”他说道。对成型塑模工厂来说习惯于生产临时零件不是一件容易的事。“对他们来说比较困难的是进行生产转换，”Morris说道，“如果想做到这一点，他们必须要调整整个生产线。”
Morris继续举例说明如今的成型数字系统不适合独立使用。甚至是最好的成型数字加工系统，都不能在没有二次加工、钳工校正和抛光精细的前提下，来满足他严格的误差和表面抛光要求。“我们仍然需要提高加工能力来符合严格的误差要求，而且这样的改变不会是一蹴而就的。”他说，“我无法想象如果背后没有机器车间的支持，我们可以做到这些。”
以塑料加工为基础的系统用户都预言添加剂系统将会与传统的塑料加工方法并存。“我认为你们将会看到结合了分层加工技术的混合工厂，该工厂采用了与喷射模塑法类似的传统制造方法。”Hollis说道。即使与金属加工设备相搭配，添加剂塑料机器仍不能达到最严格的喷射模塑标准或塑料加工误差要求。没有二次加工，它们达不到化妆品塑料部件的表面抛光要求，也无法在现在达到大规模喷射模塑的生产需求。
为主流时代做好准备了吗？
看了所有这些成型数字加工技术的问题之后，你会想为什么要自寻烦恼？添加剂加工系统已经向设计师们表明了可弥补制造局限性的设计优势。
首先，添加剂设备可以制造复杂的零件几何形状，而无需考虑传统的制造局限性。例如基于粉状金属床的添加剂加工技术，可以让零件拥有内腔和无法加工浇注的特性——至少不能在低端个体零件中看到的。“几何形状越复杂，成型金属加工方法就越是一个好的选择。”Morris说道。
塑料基础加工流程也可以生产无法完成的或花费巨大的模型形状。比如想象一个球体，它的外部是一层很薄的外壳，内部是复杂的格子形状。“制造那些无法完成的最优化结构是一件有趣的事情。”Gornet说道。添加剂加工技术也可根据模型规则进行边缘设计——包括相关的角度设计、避免外墙厚度的转换、穿墙洞的位置以及模拉线型底切。“直到现在，设计师们仍对制造流程的局限性持警惕性，或者至少他们应该关注。”Gornet说道，“添加剂加工技术允许他们只需在大脑中想象功能要求就可以设计新的零件。添加剂加工设备不按照加工规则而进行设计。”
所有这些设计自由性的结果和成型数字加工技术的优势都在零件上表现出来。Hollis说道：“当你采用创造性的方法装配零件时，这是一个绝好的机会将BOM简单化并且降低了成本。”
工程师们将花费多长的时间来发现利用添加剂加工技术进行设计的优势？快速成型行业顾问Todd Grimm认为，将会花费10到20多年的时间让人们了解添加剂设备以及设备本身的技术难题。“认识成型数字加工技术并熟悉它需要很长的时间。我们现在谈论的可是未来的工厂。”他说道。
面对众多应用领域，现在就是未来。广为人知的以及最大量的成型数字制造环境，到目前为止，覆盖了众多个性化应用领域。3D系统公司Reichental指出助听器就是其中一个例子，还称SLA机器在为透明矫正牙套的浇注工具生产上发挥了作用。随着添加剂加工设备发挥越来越大的作用，Gornet相信在其他类型需要为病人个体量身定做的个性化医疗和牙科设备上，它扮演的角色会越来越重要。
在其他吸引人的应用领域里，也使用了添加剂加工技术生产的急救产品的有夹板、装置器以及集合装置指南等。Grimm说：“这些应用产品起了非常大的作用，这些应用设备风险低，操作简单。”与传统的制造方法相比，添加剂加工技术具有进度时间、成本以及设计等优势。
BMW公司在使用添加剂系统为汽车设备和测试生产制造急救
用品上居领先地位。例如，该公司借助熔融沉积成型（FDM）
机器，使用手工工具将铭牌安装到M3上。它还采用FDM部
件来帮助定位灯光零部件以及检查故障。
他不是唯一一个这样评论的人。BMW公司采用熔融沉积成型FDM技术零件来制造环境改造装配包以及测试工具—这包括帮助工人们将铭牌刻到M3上的工具。Degrange同时也声称波音公司不仅在生产成品零件上采用数字加工系统，在生产合成工具和其他种类制造急救用品上也采用该系统。他对技术的展望也包括支持产品延长使用周期的方法——通过生产备用零件或制造备用零件的工具。“我们的产品将要使用20到30年，因此这对我们来说很重要。”他解释道。
与此同时，Morris科技公司继续开发成型数字操作系统，并启动了其派生的快速质量加工系统，旨在针对单独加工生产零件领域。公司目前最大的快速加工项目，包含四个不同钴铬合金涡轮引擎的生产。Morris说这个项目一年的生产量将会达到450个零部件。到2008年，他期望能够启动另外一个与引擎相关的项目，该项目与原有项目生产能力类似，不过会在成型数字生产上有重大突破。他说：“新工作的特殊性在于，这个零件是我们为添加剂加工技术最先设计的产品。你不能通过任何一种其他的方法得到它。”
原文：http://designnews.com/article/CA6463254.html(end)
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