企业如何转变观念 融入添加材料的制造技术？

三维打印技术在骨科植入物、模具镶件等制造领域取得了明显的进步。然而，3D打印技术生产的产品与传统技术生产的产品在设计上存在明显的差异。那么，国内企业应该如何稳步调整，以跟上添加剂制造的发展趋势，并将面向添加剂制造的设计纳入现有系统？设计师如何掌握基于加法制造的产品设计方法——加法制造设计(DfAM)思维设计方法？

企业转型不同阶段的标准

对于大多数产品设计和制造企业来说，不能降低企业成本、大规模生产和增加企业利润的技术肯定不会被采用。

面向加法制造的设计(DfAM)是一种设计方法。通常的定义是：基于添加剂制造技术的能力，通过对形状、尺寸、层次结构和材料成分的系统综合设计，使产品性能最大化的方法。

企业如何转变观念，融入添加材料的制造技术？

我们需要面对的现实是，许多国内企业希望降低成本，提高效率。如果一项新技术能够满足企业“降低成本、提高效率”的需要，它可能会被企业所注意并引入企业。

现在该国大力提倡“机器人替代”战略。机器人自动化技术能够真正使企业降低劳动成本，提高生产能力。企业经营者可以看到，对于每增加一个机器人，几个人工成本可以逐步降低和替代，从而实现企业的“无人化”生产和制造，使边际成本最小化。这种技术带来的好处是显而易见的，所以很多企业在这方面做了很大的努力，并按照企业规划的自动化发展阶段，在不影响运营的情况下，逐步实现了转型。

对于企业添加材料制造技术的发展阶段，总结了四个阶段，并分别呈现给大家：

初级阶段——让添加材料的制造技术充当“助手”

初级——让添加材料的制造技术成为“特殊团队”

成长阶段——让增量材料制造成为企业的“先锋力量”

完成阶段——完成转型，实现企业发展的“新定位”

在初始阶段，详细阐述了面向企业设计者的DfAM思维训练的新理论和新方法——结构与功能一体化设计方法。

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初始阶段——让3D打印技术充当“助手”

对于企业来说，目前3D打印技术的实现能力可能只是产品制造中的一个环节。它不是可以在短时间内完全取代原有生产线的东西。为了开始转变，有必要让3D打印技术在产品设计和制造周期中充当“助手”。在实现批量生产之前，还需要在产品原型设计阶段帮助企业实现成本降低和效率提高。

在确定产品的设计要求后，设计者需要根据产品的功能要求，考虑企业提供的生产能力和投资资金，尽快完成产品的设计，并尽快投入生产过程。这就是我所理解的企业经营者在思考时的“底层思维”。

在这一阶段，3D打印以其快速原型验证的特点，可以缩短产品原型的制造周期，实现快速产品迭代。原型阶段，需要花费几个月的时间和几十万美元。这种技术可以将时间缩短到1-2周，而且成本只有原来的十分之一，甚至更少，从而实现成本降低和效率提高。目前3D打印行业基本上是以市场为导向的3D打印快速原型验证的实际应用。对于原型验证较少的企业，可以选择寻找打印服务；对于原型验证较多的企业，可以选择自己购买打印机，实现快速原型验证。

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开始使用-让3D打印机

据说“模具是工业之母”。大量制造企业利用模具设备实现产品的高效、大规模、低成本生产。另一种是传统机械工业中的一些产品，它们需要利用材料还原技术来实现产品的加工和生产。企业需要通过“车、铣、刨、磨”等多种加工方法来购买设备或服务，以满足产品的制造要求。大量不同的专业设备带来了采购成本，以及大量专业设备操作人员的人工成本和时间成本。产品的完整生产模具的开发成本也很高。这些统称为生产成本。如果你想平均分配产品的生产成本，你必须要么大量生产，要么提高产品价格。这是企业经营者在考虑大规模生产阶段时的“底线思维”。这种方法的结果是，产品越个性化，市场需求越少，价格高得惊人。

正如《商战》中提到的，购物中心就像战场。如果把一个企业比作一支一直在战斗的军队，那么现有的“军队”的建立和运作就能使企业应付当前的形势。突然的变化是不可取的，但在现有的体制下，创建一个“特殊团队”是一个合适的发展选择。

对于大型企业，企业中有一定规模的设计部门。企业可以实施的具体策略是在设计部门选择几个人组成一个研究小组来制造添加材料的产品，根据自己的产品定位和特点，开发适合添加材料制造的、有市场需求的新的个性化产品，并合理控制新产品的价格。为了给企业注入新的竞争优势，没有必要同时花费太多的人力和物力。

在产品设计和生产过程中，设计师会积累大量与添加材料制造相关的设计经验。与设备的频繁接触可以帮助设计者更好地理解添加材料制造的相关工艺设计，培养添加材料制造设计的思维，使设计更适合使用添加材料制造。采用适合3D打印制造的方式实现小批量设计制造后，只需要根据订单需求检索原始设计数据，就可以制造出个性化定制产品并投放市场。

对于中小企业来说，他们自己的设计部门时间有限，不能单独成立一个“特殊团队”。

开发新产品。为了解决这个问题，有一个相对简单的解决方案——原始设计3D打印辅助设计。在原产品功能和结构设计没有太大变化的情况下，与有能力添加材料和制造设计的公司进行项目合作。对于使用3D打印技术制造的产品，仅进行部分修改和调整，以使其符合3D打印的技术要求。此外，通过3D打印技术可以实现大规模生产，从而缩短产品开发周期。如果企业不想承担当前3D打印技术的昂贵设备成本，他们也可以选择3D打印服务。实现成本控制，完成产品的制造过程，同时让中小企业拥有“特殊团队”的竞争优势。

无论是哪种企业，最彻底的解决方案是——，培养企业设计师添加材料和制造设计的思维，使他们有能力使用3D打印设备进行设计。这是从内部改变的最好方式。

对许多企业来说，他们自己企业的设计师花大部分时间“设计”自己的产品。我对自己产品的一些设计细节非常谨慎。对于产品提出的任何新问题，都可以快速找到新的设计方法来实现产品的迭代。从这个角度来看，设计师的“原创设计思维”非常强。也很难完全改变一个人全年使用的思维和方法。既然做减法很难，那就做加法思维和加法设计思维

与添加材料制造相关的专家或设备供应商合作，向企业设计人员解释适用于添加材料制造技术的设备流程。让设计者知道并理解这种设备的基本技术特征。让设计师意识到：“这种设备是一种新的制造方法，我可以在设计时使用。我可以选择不使用以前的设备来考虑制造我设计的产品，而是使用这种新技术来实现产品设计。”

设计师越年轻，接受新事物的能力就越强。企业可以选择一些年轻的设计师来熟悉这项技术，并给设计师他们尝试的技术，这样设计师就可以直接考虑利用这项制造技术来实现产品的设计和制造。然后是为这些技术重复自己的产品设计理念。在这个阶段，应该允许设计师在设计中进行创新尝试和犯错误。只要设计能够满足产品的需求，并且能够通过3D打印来生产，就没有必要考虑优化设计和安排生产并投放市场。一个接一个的产品设计，一个接一个的设计迭代，直到它成熟，这样一个具有原创产品设计思维和制造设计思维的设计师将成为企业新的竞争优势！

应该提到的是，目前的DfAM思维训练基本上不涉及仿真设计。然而，对于许多中小企业来说，花大价钱购买仿真软件、花长时间培训具有仿真能力的设计人员并不是最佳选择，这也为这项技术的推广设置了一个巨大的门槛。以下两点可以帮助企业设计人员快速获得DfAM的思考能力，而无需花费巨额资金。

1.选择具有模拟能力的软件进行基本模拟

有一点必须注意：对于许多产品来说，能够制造它们更重要。模拟只是帮助优化产品的手段之一。对于一些需要较少结构优化和更多功能实现的产品设计，如果花费在仿真上的时间和精力占用了太多的产品开发周期，这是不可取的。Solidworks等易于使用的建模软件实际上具有仿真功能。在互联网上寻找在线课程只需要少量的成本和时间。学习增加基本载荷和进行应力分析可以验证改造后的设计和结构应力是否合理。

此外，值得一提的是，牵牛星的激发模拟软件也可以被普通设计者使用，省去了复杂的操作程序。安装软件后，作者可以在3小时内根据教程摸索出第一个模拟优化的结构——桥梁支撑结构。完成关键步骤后，等待计算机自动计算，获得结构的模拟优化结果，以帮助调整设计。因为它是由添加的材料制成的，所以设计者不必太担心无法处理的问题。

2.提高兴趣的跨领域学习体验

3D打印为设计师提供了极大的设计灵活性，设计师可以相互学习。各行业和自己产品的大量相似结构设计被吸收，其他人的优秀设计优化结构点被应用到自己的产品设计中。例如，法兰面的设计，对于局部结构的减重设计，可以参考汽车或航空航天领域中典型的减重结构设计方法，大胆地进行自己的产品设计。如果他们不确定，他们可以使用具有基本模拟功能的软件来做单个功能的应力模拟(而不是全部)，验证他们自己的推测，并且单个功能的模拟不需要大量的计算资源和时间。设计师将积累新的轻型功能结构，自然，他们的产品将变得越来越轻，更适合制造添加的材料。当设计师真正感受到这种自由组合和不受限制的设计方法的乐趣时，他们就有更多的动力去积极而深入地研究自己产品的优化方法。逐步实现向——DFam设计思维的转变。

法兰面典型“花瓣”减重设计结构

简要总结上述方法：

1.学习具有仿真功能的软件，掌握基本的仿真能力。如果产品本身的优化要求不高，将优先考虑添加材料以保证产品开发周期和生产质量的新工艺要求，并逐步迭代。

2.跨行业领域学习他人的局部单功能设计结构，结合自己的产品参数进行仿真验证；

3.通过建模将积累的局部单一功能设计整合到现有产品设计中；

4.不断积累和迭代自己的产品，积累功能和结构设计，逐步实现向DfAM设计思维的转变。

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成长阶段——让3D打印成为企业的“先锋力量”

由于企业的规模不同，设计人员的能力不同，每个企业在初始阶段的开发时间并不一致。然而，基于初始阶段，企业设计者通过适应自己产品的加材料制造技术的积累，大大提高了新产品开发的速度。此时，他们可以考虑将原来的“特种部队”升级为“先头部队”，以增加人力物力在加材料制造和市场推广方面的投入。

1.现阶段，有必要大力宣传添加材料生产的产品。原始的传统产品和通过添加材料制造的新产品应该一起投放市场。在原有产品旧名片的基础上，添加材料生产的产品应该成为企业的新名片。

2.合理提高添加材料制成品在企业产品总量中的比重。在传统制造方法和添加材料的设计方法制造的产品的市场化过程中，添加材料制造的产品的比例根据市场反馈自适应地增加，以避免生产能力提升过快和原有生产能力不足或过剩的情况发生。

3.最初选择使用传统产品的客户尝试使用新的添加材料来制造产品，并建立客户对添加材料制造产品的附加值的认识。

同样，企业的产品类型和用户规模也会影响这个过程的开发时间。企业可以按照上述方法稳步前进。在传统的装配线多工序产品设计模式中，添加材料和制造产品的设计和生产模式将逐步整合，逐步实现企业的转型。

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完成阶段——完成转型，实现企业发展的“新定位”

当一个企业完成其产能转型时，基本上意味着该公司的设计人员在添加材料的制造方面拥有完整的设计思维和设计经验。企业的生产过程也是一个适用于制造附加材料的管理过程，包括对非常重要的供应链的管理，并且这种过渡已经实现。

掌握添加材料的制造技术后，公司现有产品类型的设计方法和规则得到了大量的标准化和合理化。设计部门也积累了大量适合添加材料设计和制造的设计经验，具有添加材料和制造的设计思维。为了增加材料制造的灵活性，这些经验和设计能力可以充分延伸到与企业当前产品相关的更多领域或制造技术的相同的跨国行业领域，从而为公司开辟一条全新的产品开发路线。