Kiefer Schneider是一个积极的增材制造倡导者，但是他并不认为它会完全取代工具构建工艺中的加工，只是改善它。

“增材制造只是我们内部的另一个工艺而已。”一家位于纽约的精确塑料和金属制品制造商Harbec的总经理说。从20世纪90年代开始，AM就成为公司工具箱中的另一个工具，因此对其来说，不是什么新的、很有前途的技术。它能够快速可持续地提供优质、公差小的原型、工具、加工零部件和注塑零件，已经帮助扩大了Harbec的能力、出售物和业务机遇。

让公司引以为傲的是，他们可以在任何阶段提供全面制造服务，帮助客户解决产品设计、开发、原型或生产中复杂的工程挑战， Schneider说AM是实现该目标的关键。

公司总是会安排至少一名员工致力于AM的工作。该员工50%的时间是研发，尝试开发能力，并学习公司可以将之用到什么地方。“我们已经失败过很多次了，但是也取得了很多成功。”Schneider说。

图1带有随形冷却功能的增材制造模具和腔，被用于生产互动模型玩具。垂直墙上的指标标记是无法使用传统加工方法生产的。此腔包使用镍青铜材料，在EOS M270上生成

现在，Jeff Carson是Harbec的全职“增材爱好者”。这名机械工程师负责开发公司的最新增材技术及研究新技术，并展望未来。

公司于1996年首次投资AM，从DTM系统购买了一台DTM 2500 Plus选择性激光烧结(SLS)机床，用于生产塑料和金属原型。现在，Harbec继续使用AM，主要将之用于原型和生产模具，此外还使用一种EOS M270直接金属激光烧结(DMLS)系统及刚安装的概念激光M2 LaserCusing机床。

这些增材技术让Harbec能够产生其使用传统减法制造无法产生的几何结构。如果是模具构建，它们可用于创建小型、内部保形冷却通道的模具。在零件制造中，它们可以产生高度详细、成本效益高的零件，而使用传统CNC方法生产时，昂贵且费时。

Harbec的优点是复杂的。尽管使用增材生产类似零件在成本上不可行，但此技术能够在生产少量复杂零件时提供优势。“复杂零件和工具昂贵，但是AM帮助我们以不同的方式处理此问题。”Schneider说：“它使复杂不再是那么大的障碍，而且成本也不是那么高。更多的是关系到零件总量而不是与复杂性有关。”

图2 此抛光灯泡是采用17-4不锈钢增材制造的。使用AM，不会增加额外成本，但是如果灯泡是CNC加工的，会比较昂贵

为了确定AM是否是解决特殊工作的方法，Schneider建议工厂审查以下三个因素：

1.零件复杂性。如果可以轻松加工或转动零件，它可能不是增材制造的一个良好的候选选项。

2.材料。尽管有大量AM材料选项，它们仍有一些局限性，且有些材料无法用于增材制造。

3.公差。增材机床准确，但是准确度仍不如CNC加工。

AM对Harbec公司制造复杂物品、保持增长及改善结果和客户定价的能力很重要。然而，公司还有一个巨大的机加工车间，因此，如果客户对零件特定部分的准确度要求高，就可以使用。“我们会对很多增材零件进行二次加工。”Schneider说，“我们将利用增材零件，完成大部分加工，然后将之加载到CNC机床上，加工出任何公差小的特征。这些都与客户提供的方案有关。”

分析和评估

从最初开始报价时，Harbec公司就认为AM是每个项目的解决方案。但是他们知道AM不是万能的，所以采用了一个以客户为中心的合作评估程序，识别每个项目的最佳制造方案。

“增材并不是万能药，而且我认为有些人在这一点上有点迷失了。”Schneider继续说，“从时间上看，AM赢了，但是从成本角度看，没有多大效果。这就是我们开始分析的原因。”

Harbec公司有四名项目经理负责评估新工作。接到新项目后，项目经理确定哪个工艺是最佳的，并与客户一起节约资金，缩短交付时间。客户要求一般都是针对制造工艺的。“客户可以生产增材成本较低的产品，但是他们想要处理加工表面。还有一些客户想要更多EDM表面，促使我们选择了AM。”Schneider说。

例如，Harbec为客户制造大量生产互动模型玩具的总成。模腔使用随形冷却，公司认为模腔侧的蚀刻无法使用传统CNC加工完成。“我们与客户讨论3D打印，并决定扩大模腔是最佳方案。”Schneider说，“我们已经运行该工具几天了，并且今天仍在运行。”

图3 Harbec使用DMLS创建原型、生产和模制零部件。这里显示的为，EOS M270机床完成生产钢零部件的结构布局

从ABS到钢

Harbec内部具有金属和塑料增材制造的能力，并将此能力组合到其原型和模具建设的所有方面，能够为客户提供增值。

“我想要告诉人们，来到我们公司，我们就会负全责。”Schneider说。“我们大约在14年前，就开始塑料增材制造，因此我们处于前端。现在，此技术应用行业非常忙，因此这是我们业务中的很大一部分。”

大部分Harbec的AM业务是原型零件，从三五个到20~30个。公司可以通过增材制造，降低需要大量加工设置复杂零件的成本。

但是，在模具构建中，Harbec找到了其未来AM服务的发展前景，因为它可以以这种方式生产核心模具和腔，为客户节约成本。此外，公司正在为客户探索生产短期原型的塑料模具，从而验证设计和机械的完整性。

“我们使用AM生产完整的腔，每个东西，除了工具框架。基本上讲，作为模具的一部分，工具末端与模制零件和树脂连接。”Schneider说。

Harbec还使用AM生产量产腔或模具。“我们正在讨论生产工具，而且这也是随形冷却缩短循环时间发挥作用的地方。”Schneider说，“如果您缩短循环时间，而且您只想模制几百个零件，好处没有这么大。但是，如果您正在模制几十万或几百万个零件，时间差可能产生显著影响。”

公司的使命是提供各种满足客户需求的方案，无论是用于塑料模具、铝模具还是钢模具，而这往往取决于零件质量的要求。

Harbec提供的方案之一是使用Xyloy金属合金进行直接金属模制，这是其用于生产金属零件注塑的新技术，其生产率和成本效益比传统模铸或CNC加工高。此许可工艺生产的零件与模铸的类似，但是无模铸产生的任何缺陷，Schneider说。“基本上讲，它是一种使用专有加热器和控制器改装桶的注塑机器。它在模制铝和锌时，与热塑性树脂一样。它将熔化的材料喷射到桶外，在模具中冷却，然后出成品。无传统金属注塑(MIM)工艺的次级渗滤工艺。”

产生的零件尺寸公差为±0.001?in(1?in=0.0254?m)，不闪光，因此在部分情况下，无需二次加工。“做这方面的人不多，因为这不是一件轻松的事。”Schneider说。“我们已经使用此工艺大约三年了。我们还是想提供更多方案。现在，市场相当小，但是正在发展。”

Harbec用于此工艺的金属模具从高强度热处理钢材料(持久性优于H13)出现叠加性增长。此模具的腔和插件具有随形冷却通道。

公司近期采购的Concept Laser M2被用于生产随形冷却的模具插件。Schneider说，此机床对精细细节有效，且还可以运行铝，这是Harbec现在重点关注的材料。

“我们正在期待，带有随形冷却的铝模具出现叠加性增长。”他说，“铝的导热率比钢高很多，想象增加随形冷却到其中。我们还计划运行钛和各种钢。”

业务好处

Harbec公司还想称赞AM与可持续性、实时合作及快速制造方案有关的新方案。

可持续性和增材齐头并进，且产生的废物很少。增材工艺仅使用生产零件需要数量的材料，且未使用的粉末将再循环。传统的减法制造最初是准备大量材料，然后逐步清除材料，直到生产出成品零件。被清除的填料用于填埋、熔化和再循环，然而这需要大量能量。因此，AM降低材料消耗量和整体能耗。在一些情况下，使用AM而不是EDM，Harbec还能够省电。

此外，AM还帮助支持Harbec公司的实时协作。项目团队合作实时审查、检验甚至修改固体3D模型， AM工艺是此审查程序的一部分。在召开启动会议后，3D打印小组打印了将制造的零件的模型。这成为构建过程中的一个有益的参考工具，用于识别存在问题的领域，还消除任何通信障碍。

AM还与Harbec的快速制造方案(QMS)完美融合，能够处理创建原型和原型工具很重要的情况。据Schneider说，公司一般会使用AM，在三五天内得到金属或塑料原型零件，这么快的周转时间很难使用CNC机床实现。

此外，与加工结合，它需要时间将材料放到内部，编程、设置并加工零件。使用AM，Harbec库存了大量材料，且有些会在30?min内生产出零件并让其在机床中运行。

Schneider说，AM还使Harbec能够完成他人无法完成的工作。“我们有个客户，想要一个尼龙材质的大型厚壁零件，是一种收缩率相当高的材料，而且想要保持准确度，从而使O型圈产生密封效果。此零件厚度为0.375?in(1?in=0.0254?m)，收缩可忽略。我们用多种方式研究了此问题，并最终选择使用随形冷却模制此零件，从而使我们能够大大缩短循环时间。” Schneider说，在这种情况下，AM提供了一种模制准确零件并缩短循环时间到客户可接受水平的解决方案。“如果采用传统方法生产这种零件，循环时间会长很多，但我们还无法保证在公差范围内。”

并行运行

Harbec公司认为AM在公司的哪些地方有用?“我们想要让10台机床在我们的所有工艺中运行模具，而且我们正在致力于实现该目标。”Schneider说。但是，这不意味着公司计划降低其加工能力。Harbec的最大机床工厂缓解了员工的担忧，使用AM会导致从工具构建工艺中删除传统加工。反之，公司认为AM将与传统加工并行运行，帮助更快地构建更好的工具。