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Kiefer Schneider是一個積極的增材制造倡導者，但是他并不認為它會完全取代工具構建工藝中的加工，只是改善它。

“增材制造只是我們內部的另一個工藝而已。”一家位于紐約的精確塑料和金屬制品制造商Harbec的總經理說。從20世紀90年代開始，AM就成為公司工具箱中的另一個工具，因此對其來說，不是什么新的、很有前途的技術。它能夠快速可持續地提供優質、公差小的原型、工具、加工零部件和注塑零件，已經幫助擴大了Harbec的能力、出售物和業務機遇。

讓公司引以為傲的是，他們可以在任何階段提供全面制造服務，幫助客戶解決產品設計、開發、原型或生產中復雜的工程挑戰， Schneider說AM是實現該目標的關鍵。

公司總是會安排至少一名員工致力于AM的工作。該員工50%的時間是研發，嘗試開發能力，并學習公司可以將之用到什么地方。“我們已經失敗過很多次了，但是也取得了很多成功。”Schneider說。

圖1帶有隨形冷卻功能的增材制造模具和腔，被用于生產互動模型玩具。垂直墻上的指標標記是無法使用傳統加工方法生產的。此腔包使用鎳青銅材料，在EOS M270上生成

現在，Jeff Carson是Harbec的全職“增材愛好者”。這名機械工程師負責開發公司的最新增材技術及研究新技術，并展望未來。

公司于1996年首次投資AM，從DTM系統購買了一臺DTM 2500 Plus選擇性激光燒結(SLS)機床，用于生產塑料和金屬原型。現在，Harbec繼續使用AM，主要將之用于原型和生產模具，此外還使用一種EOS M270直接金屬激光燒結(DMLS)系統及剛安裝的概念激光M2 LaserCusing機床。

這些增材技術讓Harbec能夠產生其使用傳統減法制造無法產生的幾何結構。如果是模具構建，它們可用于創建小型、內部保形冷卻通道的模具。在零件制造中，它們可以產生高度詳細、成本效益高的零件，而使用傳統CNC方法生產時，昂貴且費時。

Harbec的優點是復雜的。盡管使用增材生產類似零件在成本上不可行，但此技術能夠在生產少量復雜零件時提供優勢。“復雜零件和工具昂貴，但是AM幫助我們以不同的方式處理此問題。”Schneider說：“它使復雜不再是那么大的障礙，而且成本也不是那么高。更多的是關系到零件總量而不是與復雜性有關。”

圖2 此拋光燈泡是采用17-4不銹鋼增材制造的。使用AM，不會增加額外成本，但是如果燈泡是CNC加工的，會比較昂貴

為了確定AM是否是解決特殊工作的方法，Schneider建議工廠審查以下三個因素：

1.零件復雜性。如果可以輕松加工或轉動零件，它可能不是增材制造的一個良好的候選選項。

2.材料。盡管有大量AM材料選項，它們仍有一些局限性，且有些材料無法用于增材制造。

3.公差。增材機床準確，但是準確度仍不如CNC加工。

AM對Harbec公司制造復雜物品、保持增長及改善結果和客戶定價的能力很重要。然而，公司還有一個巨大的機加工車間，因此，如果客戶對零件特定部分的準確度要求高，就可以使用。“我們會對很多增材零件進行二次加工。”Schneider說，“我們將利用增材零件，完成大部分加工，然后將之加載到CNC機床上，加工出任何公差小的特征。這些都與客戶提供的方案有關。”

分析和評估

從最初開始報價時，Harbec公司就認為AM是每個項目的解決方案。但是他們知道AM不是萬能的，所以采用了一個以客戶為中心的合作評估程序，識別每個項目的最佳制造方案。

“增材并不是萬能藥，而且我認為有些人在這一點上有點迷失了。”Schneider繼續說，“從時間上看，AM贏了，但是從成本角度看，沒有多大效果。這就是我們開始分析的原因。”

Harbec公司有四名項目經理負責評估新工作。接到新項目后，項目經理確定哪個工藝是最佳的，并與客戶一起節約資金，縮短交付時間。客戶要求一般都是針對制造工藝的。“客戶可以生產增材成本較低的產品，但是他們想要處理加工表面。還有一些客戶想要更多EDM表面，促使我們選擇了AM。”Schneider說。

例如，Harbec為客戶制造大量生產互動模型玩具的總成。模腔使用隨形冷卻，公司認為模腔側的蝕刻無法使用傳統CNC加工完成。“我們與客戶討論3D打印，并決定擴大模腔是最佳方案。”Schneider說，“我們已經運行該工具幾天了，并且今天仍在運行。”

圖3 Harbec使用DMLS創建原型、生產和模制零部件。這里顯示的為，EOS M270機床完成生產鋼零部件的結構布局

從ABS到鋼

Harbec內部具有金屬和塑料增材制造的能力，并將此能力組合到其原型和模具建設的所有方面，能夠為客戶提供增值。

“我想要告訴人們，來到我們公司，我們就會負全責。”Schneider說。“我們大約在14年前，就開始塑料增材制造，因此我們處于前端。現在，此技術應用行業非常忙，因此這是我們業務中的很大一部分。”

大部分Harbec的AM業務是原型零件，從三五個到20~30個。公司可以通過增材制造，降低需要大量加工設置復雜零件的成本。

但是，在模具構建中，Harbec找到了其未來AM服務的發展前景，因為它可以以這種方式生產核心模具和腔，為客戶節約成本。此外，公司正在為客戶探索生產短期原型的塑料模具，從而驗證設計和機械的完整性。

“我們使用AM生產完整的腔，每個東西，除了工具框架。基本上講，作為模具的一部分，工具末端與模制零件和樹脂連接。”Schneider說。

Harbec還使用AM生產量產腔或模具。“我們正在討論生產工具，而且這也是隨形冷卻縮短循環時間發揮作用的地方。”Schneider說，“如果您縮短循環時間，而且您只想模制幾百個零件，好處沒有這么大。但是，如果您正在模制幾十萬或幾百萬個零件，時間差可能產生顯著影響。”

公司的使命是提供各種滿足客戶需求的方案，無論是用于塑料模具、鋁模具還是鋼模具，而這往往取決于零件質量的要求。

Harbec提供的方案之一是使用Xyloy金屬合金進行直接金屬模制，這是其用于生產金屬零件注塑的新技術，其生產率和成本效益比傳統模鑄或CNC加工高。此許可工藝生產的零件與模鑄的類似，但是無模鑄產生的任何缺陷，Schneider說。“基本上講，它是一種使用專有加熱器和控制器改裝桶的注塑機器。它在模制鋁和鋅時，與熱塑性樹脂一樣。它將熔化的材料噴射到桶外，在模具中冷卻，然后出成品。無傳統金屬注塑(MIM)工藝的次級滲濾工藝。”

產生的零件尺寸公差為±0.001?in(1?in=0.0254?m)，不閃光，因此在部分情況下，無需二次加工。“做這方面的人不多，因為這不是一件輕松的事。”Schneider說。“我們已經使用此工藝大約三年了。我們還是想提供更多方案。現在，市場相當小，但是正在發展。”

Harbec用于此工藝的金屬模具從高強度熱處理鋼材料(持久性優于H13)出現疊加性增長。此模具的腔和插件具有隨形冷卻通道。

公司近期采購的Concept Laser M2被用于生產隨形冷卻的模具插件。Schneider說，此機床對精細細節有效，且還可以運行鋁，這是Harbec現在重點關注的材料。

“我們正在期待，帶有隨形冷卻的鋁模具出現疊加性增長。”他說，“鋁的導熱率比鋼高很多，想象增加隨形冷卻到其中。我們還計劃運行鈦和各種鋼。”

業務好處

Harbec公司還想稱贊AM與可持續性、實時合作及快速制造方案有關的新方案。

可持續性和增材齊頭并進，且產生的廢物很少。增材工藝僅使用生產零件需要數量的材料，且未使用的粉末將再循環。傳統的減法制造最初是準備大量材料，然后逐步清除材料，直到生產出成品零件。被清除的填料用于填埋、熔化和再循環，然而這需要大量能量。因此，AM降低材料消耗量和整體能耗。在一些情況下，使用AM而不是EDM，Harbec還能夠省電。

此外，AM還幫助支持Harbec公司的實時協作。項目團隊合作實時審查、檢驗甚至修改固體3D模型， AM工藝是此審查程序的一部分。在召開啟動會議后，3D打印小組打印了將制造的零件的模型。這成為構建過程中的一個有益的參考工具，用于識別存在問題的領域，還消除任何通信障礙。

AM還與Harbec的快速制造方案(QMS)完美融合，能夠處理創建原型和原型工具很重要的情況。據Schneider說，公司一般會使用AM，在三五天內得到金屬或塑料原型零件，這么快的周轉時間很難使用CNC機床實現。

此外，與加工結合，它需要時間將材料放到內部，編程、設置并加工零件。使用AM，Harbec庫存了大量材料，且有些會在30?min內生產出零件并讓其在機床中運行。

Schneider說，AM還使Harbec能夠完成他人無法完成的工作。“我們有個客戶，想要一個尼龍材質的大型厚壁零件，是一種收縮率相當高的材料，而且想要保持準確度，從而使O型圈產生密封效果。此零件厚度為0.375?in(1?in=0.0254?m)，收縮可忽略。我們用多種方式研究了此問題，并最終選擇使用隨形冷卻模制此零件，從而使我們能夠大大縮短循環時間。” Schneider說，在這種情況下，AM提供了一種模制準確零件并縮短循環時間到客戶可接受水平的解決方案。“如果采用傳統方法生產這種零件，循環時間會長很多，但我們還無法保證在公差范圍內。”

并行運行

Harbec公司認為AM在公司的哪些地方有用?“我們想要讓10臺機床在我們的所有工藝中運行模具，而且我們正在致力于實現該目標。”Schneider說。但是，這不意味著公司計劃降低其加工能力。Harbec的最大機床工廠緩解了員工的擔憂，使用AM會導致從工具構建工藝中刪除傳統加工。反之，公司認為AM將與傳統加工并行運行，幫助更快地構建更好的工具。