增材制造应对COVID-19带来的供应链挑战

在供应链物流混乱、传统制造业停滞的情况下，增材制造的优势在疫情期间得到了体现。关键的个人防护装备(PPE)、医疗器械和检测配件短缺影响了世界各地的地区。这似乎是数字设计和3D打印解决按需制造的完美问题。

俄亥俄州立大学卓越设计与制造中心增材制造主任Edward D. Herderick说:“这场危机确实表明了对快速、以客户为中心的制造的需求。”“将业务外包给供应链交货期长的亚洲，不足以灵活应对危机。它确实证明了对真正数字化、真正快速制造的需求。增材制造绝对是这一发展的典范，它与软件和数字生态系统的集成是一个强大的工具。”

按需制造

只有最有先见之明的政府和医疗机构才会把增材制造作为危机管理计划的一部分。因此，在大流行的早期阶段，人们争相确定哪些应急设备可以3D打印，谁可以生产这些产品，以及如何将它们送到有需要的人手中。

在美国，一些州转向大学制定计划。例如，在肯塔基州，州政府要求大学利用其资源设计和实施面罩、口罩、长袍、呼吸机、呼吸机部件甚至测试拭子的制造工艺。路易斯维尔大学的增材制造科学与技术研究所(AMIST)接受了挑战，开发了可以被小企业和其他区域制造资源使用的制造模型。

AMIST核心经理Timothy Gornet说:“通过UofL AMIST的努力，直接提供了6万多个面罩和2.5万个鼻拭子。

这些努力包括通过框架的增材制造和实际屏蔽材料的激光切割来满足最初的面罩需求。设计并模拟了用于增材制造的鼻拭子。随着需求呈指数级增长，AMIST与Samtec和GE Appliances等制造商以及Maker13等创客空间合作，将面罩生产过渡到更高吞吐量的注塑工具。

面向金属增材制造的直观定向优化
可以使用Ansys Additive Solutions中的热图。

路易斯维尔大学和其他大学的经验表明，按需制造作为全球供应链短缺的权宜之计的潜力。它也暴露了它目前的一些弱点，即速度、可扩展性和协调性。

匹兹堡大学William Kepler Whiteford教授Albert to表示:“虽然这个过程很慢，但增材制造已经证明，它可以利用社区中可用的许多3D打印机来填补ppe的短期短缺。”然而，按需制造并非不受供应链中断的影响。“我们还发现，塑料长丝等3D打印耗材短缺。”

扩展数字线程以应对供应链挑战

当然，更广泛地采用增材制造将分散供应商，从而创造一个更大的供应商基础，印度孟买理工学院机械工程系的Asim Tewari博士和g.k.d devarajulu讲座教授说。“由于增材制造技术的性质，它还将促进供应商的互换性。这将减少对当前供应链基础设施的依赖。”

正如特瓦里所说，供应商要实现可互换，就需要他们在紧急情况下拥有相同的3D打印源文件。这需要高层的协调。

Gornet说:“如果通过国家登记处将可打印的医疗和安全设备设计作为储备，它可以为小社区和服务不足的地区提供机会，利用当地的增材制造技术生产产品，并根据当地需要填补空白。”“通过增材制造，数字螺纹数据可以在全球范围内轻松共享和复制。”

戈内特在大流行期间吸取的其他经验教训包括:

• 确定各种流行病或灾难应对情况下的医疗和应急消耗品和应急设备
• 与政府机构合作，预先批准应急设计
• 发展区域网络和策略，以争取小型制造资源，以补充供应链
• 开发材料组合，以满足紧急情况，按需生产

佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)教授大卫·w·罗森(David W. Rosen)表示，增材制造还可以通过快速模具生产实现更多传统的准时生产，从而弥补供应链缺口。

他说:“与设计和制造工具相关的时间、精力和成本节约可能是显著的。”“如果模具的交货时间是几周或几个月，那么在几小时或几天内制造零件的能力可能会对许多需要快速响应的应用或环境产生巨大影响。这可能是在快速变化的市场、大流行或其他破坏性事件中发生的。”

Herderick表示同意。他表示:“增材制造满足了精益制造的基本原则，加强了客户、制造商和其他利益相关者之间的反馈循环。”“增材制造正在推动更好的设计和快速交付的良性循环，从而改善产品开发。”

全球流行病对任何技术来说都是一个严峻的考验，但增材制造已经证明了它的价值。3D打印的按需、可定制、分散化优势可能会在未来几个月和几年内重新引起人们的兴趣。从2019冠状病毒疫情中吸取的教训可能会对工业4.0供应链的发展方式、3D打印机是否会成为工业物联网(IIoT)的重要组成部分，以及政府、学术界和私营机构如何在本地化制造方面进行合作产生深远影响。

Gornet说:“虽然这一事件还没有结束，但它已经证明，在那些改变生活的耗材短缺的地区，增材制造可以解决眼前的需求。”“可以制定战略，利用社区行动和小企业来满足短期需求，直到供应链能够赶上来。”

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