建立用于生产的增材制造业务

增材制造(AM)通常被描述为一种“从零开始”制造零件的过程，这意味着最终产品不是从现有材料的一块固体中产生的，而是一层一层、从下往上制造的。以这种方式制造零件消除了许多传统加工施加的约束。然而，它也有自己的一套独特的挑战。

加法制造公司切实的解决方案正在应对这些挑战。该公司位于俄亥俄州代顿市附近，是一家专注于医疗设备行业的合同制造商。但与其他已建立的承包商不同的是，有形正在从零开始，建立一个专为AM生产设计的业务。从某种意义上说，Tangible正在从零开始开发制造业务和生产流程。

进入生产阶段并不容易。在不到四年的时间里，有形解决方案公司从家庭车库搬到了租用的办公室，又回到了车库，最后搬到了它的生产设施，它位于俄亥俄州代顿郊区的费尔伯恩，占地25000平方英尺。当我访问时，该公司仍在进行工艺开发，并采购医疗器械制造所需的ISO、ASTM和FDA证书，客户正准备进入AM生产。这一过程仍在进行中，但已经提供了宝贵的经验教训。

定义业务

“我们的核心是一家增材制造公司，”Tangible Solutions首席执行官亚当•克拉克(Adam Clark)表示。这里的关键词是“制造”。有形的重点是AM部件生产，因此它不从事设备销售或其他服务机构提供的更广泛的服务。“我们将帮助我们的客户修改他们的产品设计，以适应AM，但我们的目标是制造零件，”克拉克说。

在成立之初，Tangible确实提供原型、建模和一般3d打印服务。然后一位客户问该公司是否可以3D打印短时间内用于电线的传感器。传感器(通常是注塑成型的)具有蓝牙功能和许多嵌入式电子设备，这些设备不断变化。通过按需要批量打印200到300个传感器，Tangible为客户节省了库存成本，并在每次设计更改时节省了3.5万美元的模具投资。

“我们的核心是一家增材制造公司。——adam Clark, Tangible Solutions的首席执行官

这个工作被证明是有形解决方案的转折点，当团队决定公司的未来是在增材制造的部分生产。它并没有试图成为一个万事通，而是选择专注于一种特定产品的制造:医疗设备，最初是从脊柱植入物开始的。这一领域的中端市场公司(Tangible现在服务的客户)倾向于接受AM方面的教育，更灵活，更有能力按照公司希望实现的积极时间表进行工作。(它的目标是在20天内交货，大大快于脊柱植入物制造商习惯的90天时间框架。)

该公司从脊柱植入物开始，专注于整形外科植入物，之后开始接触医疗设备公司、医生和其他医疗专业人士，以建立自己的业务。遵循这一愿景意味着有形必须“解雇”一些需求与公司想要提供的不匹配的客户。这也意味着避免原型制作工作，以及对只是为了保持机器运行的零工说“不”。

“这让我非常紧张，从一个大的管道工作到只有一个狭窄的溪流，”克拉克说。“但我们发现，一旦我们缩小了我们的重点，我们就能迅速恢复增长，拥有我们想要的客户类型。”现在，该公司只专注于少数与有形公司一样致力于医疗设备增材制造的客户。

最好的供应商，最好的客户

在专注于医疗领域的同时，有形解决方案还致力于在组织内部和外部建立一种“生产文化”。接受新业务不仅关乎企业文化，也关乎有形公司满足客户需求的能力。“如果你向我们承诺，我们就向你承诺，”克拉克在谈到该公司的方式时表示。理想的客户是作为合作伙伴与他们合作的人，而不仅仅是作为客户。

克拉克解释说，为了弄清楚一个潜在客户是否符合要求，有一个初始的“审问”过程。在这个过程中，有形公司试图在谈话进行得太深入之前，衡量潜在客户对AM的熟悉程度和机会的严重性。

有形的原型政策是另一个筛选步骤:想要原型的潜在客户必须为其付费。这与生产原型的成本无关;相反，这是一种测试。一个不愿意为工作付钱的前景可能是没有准备好作出必要的承诺，以进入AM生产有形。

克拉克表示:“我们依赖客户向我们介绍他们的市场和业务，作为回报，我们也向他们介绍我们的技术。”“这是一种自始至终的合作关系。”

这种知识交流是持续的，即使对现有客户也是如此。对于每一款新产品，都有一个协调过程，在这个过程中，Tangible列出了所有部件的规格，并确定了症结所在。然后，团队与客户一起检查这些特性，询问哪些特性是关键的，哪些公差可以放宽，以及是否可以更改批大小。

例如，可能一个客户订购了14个植入物，但一次只有13个可以舒适地安装在构建板上。到那时，有形公司会质疑公司是否需要全部14美元，并解释第二次创建和运行该工作所涉及的额外费用。

教育过程也延伸到供应商——提供激光标记、斑点钝化和HIPing到Tangible等服务的外部供应商。克拉克表示:“他们中的许多人在与我们合作之前从未见过或接触过附加部件。”因此，Tangible将同样的教学方法引入到这些业务关系中。“我们想成为最好的客户，也是最好的供应商，”他说。

为成功做好准备

要想成为一名出色的供应商，需要对工作中的系统和变量有深入的了解，而Tangible正在努力构建一个知识体系，使之成为可能。目前，有形解决方案拥有6个概念激光增材制造系统，位于其工厂的金属AM部分，由5个Mlabs和1个M2 cusing机器组成(4个用于原型医疗设备、模型和仪器的聚合物3D打印机位于邻近区域)。金属领域还包括三菱MV2400-S电火花线切割和两个Hurco VM10U HSi专用加工中心。

由于从一种金属安全地转换到另一种金属既费时又费钱，设备的使用取决于材料。较小的Mlab机器内置活性钛，其中一个加工中心(配备玻璃线尺)被指定加工这些零件。第二加工中心对M2中使用的其他材料开放。这两种加工中心的主要用途是攻丝孔，因为攻丝孔是AM没有良好装备来处理的共同特征。为了去毛刺，也有两个单独的鼓风柜，以适应不同的材料。

在这种情况下，成功并不一定与制作大量零件有关;相反，它是关于最小化风险和保持过程在控制之下。

关于加法机器，使用这么多Mlab机器对一些人来说可能很奇怪。这些机器的大小和名称表明，它们可以用于研究实验室，而不是生产环境。然而，有形公司发现，这些更小的机器实际上是生产医疗植入物的理想设备。

使用金属粉末床AM，“你基本上是先买粉末，”首席运营官克里斯•柯林斯(Chris Collins)说。机器越小，填充床面所需的粉末就越少。Mlabs的光束直径也更小，这使它们更精确，更小的批尺寸意味着如果有什么东西打断了过程——比如，设备失去了电力——损失将更小，Collins解释道。在这种情况下，成功并不一定与制作大量零件有关;相反，它是关于最小化风险和保持过程在控制之下。

当我访问时，有形正在获取ISO 9001和ISO 13845认证，并在FDA注册为III类医疗器械制造商。做这件事并不像听起来那么简单。与机械加工或成型不同，AM生产中必须控制的变量还没有很好地建立起来，而且它们也远不明显。因此，有形是在一个依赖于AM的过程中考虑所有潜在的失效模式，并找出如何解决它们。

在我访问期间，有形公司正在运行样品部件，然后在内部进行测试，或送去进行分光光度计扫描和化学测试，以建立关于其过程中变化范围的内部数据。Collins表示，金属增材制造的预期产出信息是存在的，但作为一家生产公司，有形需要知道，具体来说，它所交付的材料、设备和流程是什么。该公司建立自己专有知识的一种方法是生产样品部件，并对它们进行测试，不仅测量不同机器之间的差异，还测量同一台机器内不同位置的构建板。

但Collins表示，与确保增材系统的可重复性同样重要的是，构建本身只占整个增材制造过程的60%。其他关键方面包括:

• 材料。Tangible认为自己只是AM产品的测试房，而不是用来验证材料或新设备。它的重点是为其经过验证的材料找到最经济的来源;使它们在生产前、生产中和生产后处于惰性状态;并计算出材料可以重复使用多少次。
• 支持。“我们不设计零件。我们设计支持，”克拉克说。与前者相比，后者可能会带来设计上的挑战。在添加构建期间提供足够的支持来支撑部件是至关重要的，但避免过度的支持和潜在的破坏构建板块也是很重要的。而不是将一个部件牢固地融合到构建板，有形努力设计支持结构，使部件保持稍微高于板，使部分拆卸更容易。在某些情况下，以这种方式构建支持甚至使手工从构建板上移除部件成为可能。
• 构建板块。上面描述的支撑策略还有另一个优点:易于拆卸部件，可以防止多余的材料随部件一起被拆卸。防止这种情况发生是很重要的，因为太薄的板材将无法承受粉床工艺造成的变形。最终，这些板材(模具的重要部件)将像生产部件一样被跟踪并记录在ERP系统中。
• 后处理。目前，当组装零件完成后，它们会通过手套箱从机器上取出，然后由一名身穿个人防护装备(PPE)的员工用液体(通常是去离子水或矿物油)清洗零件。然后，这些部件从构建板上移除，要么用手，要么用电火花线切割。从那里他们可以进入一个防爆箱或旅行到场外的过程，如热处理或HIPing。这些步骤中的每一个都引入了需要标准化和记录的变量。
• 检查。Tangible仍在为医疗设备的检验过程进行验证。目前正在探索的方法包括使用手持式测量仪和内部3D扫描仪，以及CT和放射扫描等外包方法;但最终，检验的选择将取决于客户的需求、需求和预算。通过证明AM过程的一致性，Tangible正在积累数据，使检查不再成为负担。柯林斯说:“通过建立这样的案例，我们允许自己有不检查每个部分的自由。”

除了技术，还有一个人的因素需要解决。

克拉克说:“目前我们这个行业的瓶颈是工人。这也是有形大学努力与辛辛那提州立大学(Cincinnati State)和辛克莱社区学院(Sinclair community College)等当地社区学院合作的原因之一。该公司还将当地高中视为潜在的雇员来源。该公司最近聘用的一名员工是一名18岁的毕业生，他在高中时就获得了机械加工、电火花加工和其他传统技术的经验。

尽管如此，“我们现在只有一个基本的工作人员，”柯林斯说。该公司目前有11名员工，但希望在2017年底前将这一数字增加到20或25名。他表示，维持和增加员工数量将是一个持续的挑战。

下一个步骤

费尔伯恩的工厂有很大的增长空间，但这种增长在不久的将来会是什么样子还不明显。“瓶颈可能是加工，所以也许我们下一步需要另一台CNC，”柯林斯说。“或者可能会增加另一台塑料打印机。”

克拉克说，最终的计划是“复制和隔离”。计划在巩固医疗事业后，吸取教训，建立“有形解决方案航空航天”。克拉克说，航空工业已经为增材制造做好了准备，但还没有为合同增材制造商做好准备。当它出现时，Tangible希望能帮助填补这一空白。