增材制造:美丽的颠覆者

添加剂制造业。这项技术的名字本身就暗示了它改变世界的积极力量。从20世纪80年代日本早期的3D打印实验仅仅几十年之后，几乎每个行业都被其工业应用所振奋:增材制造，又名AM或简单地说，增材。

医疗、航空航天、汽车、能源和消费产品都利用了添加剂的迭代、可定制和以客户为中心的功能。这项技术已经从原型制造发展到生产规模制造，以前所未有的速度和不可想象的灵活性在其背后的风。

商业模式、设计和制造流程以及供应链正在迅速转型，以将添加剂融入运营中。大多数人都认为，拥抱添加剂已经是当务之急，而不是“有了就好”的创新。据预测，2019年用于添加剂或3D打印的支出将达到138亿美元，同比增长21.2%全球半年一次的3D打印支出指南，由市场情报分析机构国际数据公司发布。国际数据公司的专家预测，到2022年，这一数字将达到227亿美元。

对于贝克休斯来说，添加剂是数字化转型的关键，也是公司和客户将业务推向新领域的机遇。

先进制造高级总监Aaron Avagliano表示:“我们已经生产了超过25,000个增材部件，并认证了超过450个独立部件。“它正在以非常快的速度增长——在2019年，我们一年通过的零部件数量与我们在这方面工作的所有前几年一样多。”

贝克休斯的增材中心遍布全球，从美国到英国和欧洲，从亚洲到中东，随着新设备和新模式的快速投入，投资正在增长。位于意大利佛罗伦萨的贝克休斯增材卓越中心的新技术引进工程师Edoardo Gonfiotti表示:“增材制造是一种工具，可以在很短的时间内将想法变成现实。”

对于贝克休斯的工程师和设计师来说，添加剂也是公司致力于自身和客户减少碳排放的重要组成部分。

“如果你想在碳足迹减少领域和整体减排OEM领域发挥重要作用，这是一个关键的推动因素。”Gonfiotti说。增材制造大大减少了材料浪费，缩短了运输距离，提高了生产和供应链流程的整体效率。这些部件本身更轻，许多已经超越了它们的减法制造祖先。“加法设计有可能创造出过去无法制造、甚至无法想象的部件。设计的界限被显著地扩大了，所以产品开发人员可以做过去不可能做的事情。而添加剂可以在与传统制造工艺截然不同的时间框架内进行创新。”

Gonfiotti指出，尽管过去制造业的研发由于重型机械技术的限制而进展缓慢，但添加剂的重量却呈指数级下降。他说:“设计师在开发某件东西时，如果有问题，他们可以接近实时的答案。”“发展的边界变得更宽了，使我们的公司能够追求帮助降低排放的设计目标，而且是快速地做到这一点。在我看来，这两件事对公司以及未来几年的油气发展和变化非常重要。我说的不是几十年，我说的只是几年。”

一层又一层的添加剂证明点

世界经济论坛将增材制造称为第四次工业革命(即4IR)的关键大趋势之一。它宣称:“在增材制造中，定制化和复杂性不再是限制成本的因素。重塑全球价值2019年9月报告。“快速增长的兼容材料清单极大地拓展了增材制造的潜力，从农业、生物到设计和制造等不同领域。这项技术已经消除了对大量高技能劳动力的需求，以及相关的制造成本激增。

”将人工智能、机器人技术和物联网与增材制造相结合，为谁在哪里制造什么创造了全新的可能性。具体来说，制造商将不再需要依赖分散在不同地域的多个利益相关者。这些技术将使他们能够将大部分或全部生产带回他们的基地，并转换为即时模式。因此，企业可以从运输和库存成本的大幅降低中受益;几乎消除交货期;降低知识产权被盗的风险;加强利益相关者之间的合作;更快地响应不断变化的市场动态;以及更高效的物流。”

行业领袖一致认为，使用增材已不再是一种选择，这对业务至关重要。Gartner的2019炒作曲线的3D打印让增材制造的许多领域越过“过高预期的顶峰”，进入“启蒙的斜坡”，或者更进一步，进入“生产力的高原”。

Pete Basiliere在2019年底创立自己的专业咨询公司Monadnock Insights之前是Gartner的3D打印分析师。他列出了添加剂的定制优势“为什么消费品公司坚持生产一刀切的产品?答案在于如何开发新产品。营销人员调查客户以了解他们的喜好。他们收集数据，找到大多数客户想要的共同元素，然后向工程部门提交特性集。工程人员会查看功能集，并剔除现有技术无法实现的元素。然后，生产管理人员看了设计后说，‘好吧，如果你想赚钱，我们必须放弃这些功能。‘精简的产品是为生产而设计的，而不是为客户设计的。’”

他写道，添加剂的美妙之处在于，它实现了“从为制造而设计到制造理想设计的转变”。“现在我们可以倾听顾客的声音，生产他们需要和想要的东西。”

简化流程，“及时”设计和打印高级零件

行业资深人士Greg Folks是德克萨斯州休斯顿增层制造公司的高级主管，他已经在贝克休斯工作了30多年，他很高兴地看到制造业的变革就在他眼前。“如今有设计工程师和制造工程师:第一组负责设计产品，第二组负责设计制造流程，比方说，在汽车设计好之后，”他这样解释非增材制造生产线。“如果你做得很好，你就需要在这个过程中合作，但这是两个截然不同的学科和责任领域。”

添加剂有效地限制了这一过程，并逐步淘汰了筒仓方法的制造设计。“在未来，设计产品的人也将定义过程，以优化创造它，”乡亲说。“在我们的集团内部和我们在世界各地的增材中心，我们的工程师传统上一直是设计工程师或工艺工程师，他们已经成为其中一员。”

在整个贝克休斯，从采购到生产的每个人都在警惕增加的机会。乡亲解释说:“如果有人的产品可以通过添加物来改进，或者有一个问题可以用添加物来解决，我们将与材料科学家和设计工程师合作，可能还会与供应链合作。”“但当我们使用加法工艺时，我们总是在简化供应链，因为我们大大减少了生产产品所需的步骤数量。”

贝克休斯工程技术副总裁Scott Parent解释说:“添加剂是第四次工业革命的基石。”随着数据(可能来自加法过程制造的传感器本身)、人工智能和机器学习与加法能力相结合，机会变得更加令人兴奋。

“其中一个例子就是在操作过程中监测产品的传感器。我们将分析传感器数据，并使用机器学习来预测何时需要某个部件，以最大化产品的性能或正常运行时间，”Parent解释道。“我们会有数字文件——即增材机器的构建文件——用于合格的零部件，我们可以在增材生态系统中快速构建它们，在不持有物理库存的情况下最小化钻机或工厂停工时间。”

贝克休斯增色制造技术中心的增色制造执行董事Anjani Achanta说:“通过增色制造去中心化的能力正在创造一种前所未有的商业模式。”她补充说:“拥有数字库存而不是实体库存，以及在偏远地区按需制造的可能性，是真正的游戏规则改变者。”

“当客户在紧急情况下发生现场故障，需要快速更换零部件时，我们已经能够为他们创造零部件，我们能够在几天内生产，而不是几个月时间内恢复运营。”

大规模定制的添加剂的螺母和螺栓

正如报告金属3 d打印来自普华永道咨询部门strategy，并于2019年7月指出:“随着金属AM的不断发展，制造业将把该技术作为价值链的基础和关键部分。这一点越来越近了——在此过程中释放出越来越多的价值，正在从根本上改变我们的制造方式。”

贝克休斯的阿瓦利亚诺对此表示赞同。他说:“我们正在改变我们设计产品的方式，并利用其他变革性技术来加速添加剂——这不是我们单独做的事情——我们正在把它融入到我们的业务中。”与同事Avagliano一样，Parent也强调添加剂并非孤立存在，它是第四次工业革命的重要组成部分:“我们正在围绕添加剂建立一个生态系统，引入机器学习、人工智能、生成设计，并与贝克休斯的供应商和合作伙伴合作，加快这些举措的步伐。”

他补充说:“添加剂可以让你在没有额外成本的情况下进行定制制造。”“如果有人需要10种不同外观的零部件，我们可以在同一时间生产，而无需增加任何额外的工具或开发成本。这种大规模定制的能力是一个巨大的好处。”

不断增长的添加剂足迹

贝克休斯的Additive在短短几年时间里就在全球范围内取得了巨大、快速的进展。第一个贝克休斯增材制造中心于2013年在德克萨斯州的休斯顿和意大利的佛罗伦萨开设。“一直到2014年底，我们只有这两家工厂，现在我们有7家工厂，”乡亲说。

该公司的添加剂中心现在包括意大利的佛罗伦萨和塔拉莫纳，德国的Celle，美国的休斯顿，得克萨斯州，日本的卡里瓦，苏格兰的阿伯丁，以及沙特阿拉伯王国的达兰。

乡亲说:“在休斯敦，我们大约一半的时间花在制造零部件上，另一半时间花在开发材料和工艺上。”“添加剂的材料和工艺是一体的——你真的不能只开发一种而不开发另一种。我们大约一半的时间用于材料鉴定、材料开发和工艺开发。”

人们说，添加剂有七种模式或工艺类型(每种模式下都有许多衍生品)，休斯顿添加剂中心使用四种模式和多种材料，新机器和模式逐步投入使用。

“紧跟技术进步的潮流是休斯敦中心提供的一个关键角色。我们通过评估AM初创公司、与大学合作以及目前参与财团来做到这一点。”

在沙特阿拉伯，达兰技术中心(被称为DTC 4.0)是位于该国创新生态系统达兰技术谷中心的研发和生产设施，并拥有该国第一个用于金属的工业3D打印机。该中心位于学术界的战略位置，与世界上最大的NOC和全球最大的贝克休斯业务一起。我们的工作重点是帮助区域客户加速数字化转型和其他工业4.0解决方案。

贝克休斯DTC 4.0的董事总经理Ivo Nuic解释说:“我们在这里投资是我们承诺在该国进行更多研发的一部分。“DTC 4.0是沙特第一个此类技术中心，我们完全有条件理解关键挑战，并与我们的利益相关者合作解决它们。整个行业都在谈论工业4.0或4IR，我们感到自豪的是，我们已经在全球和达兰付诸行动。”

Rock Lock备用环是为大客户开发的一种附加部件，这种附加设计允许封隔器的扩展范围，这是传统制造的备用环所不能实现的。Achanta表示:“这款完井产品是只有通过增材制造才能提高性能的一个很好的例子。“它是为添加剂设计的，由添加剂制造的，它使一种新产品能够产生远远超过过去的额外收入。当备用环下放到井下时，它可以进行大规模膨胀，这种设计意味着现在可以在各种井眼尺寸下作业，因此通过提高部件的性能，为客户提供了新的机会。”

随着景观的变化而变化

尽管增长速度很快，但添加剂仍然是一项新技术，新鲜的知识和它生产的产品一样快。Achanta说:“我们最大的挑战之一是教育我们的工程师和供应链人员，不仅要了解添加剂今天可以做什么，还要了解从现在开始的12个月和24个月后，添加剂可以做什么。”“技术正在发展所以要想利用它，成为先行者，我们必须预测并计划使用即将到来的能力推进它的商业价值。对于大公司来说，以这样的速度前进确实是一个挑战，但这是一个巨大的机会，可以加快我们对添加剂的采用，让我们成为一家与众不同的公司。”

这包括为客户提供具有保质期的解决方案，而不是产品或部件的预期寿命较长的旧模型，与设计和开发传统制造工艺所需的时间相一致。Achanta表示:“我们过去的工作方式是，我们生产产品，客户购买产品，但添加剂的美妙之处在于，它允许我们定制解决方案，以满足客户的要求，这在以前是不可能的。”

“这是艺术、工程和科学结合的地方。”

想了解更多关于将制造业从固定转移到灵活的信息，你可以点击这里阅读Anjani Achanta的完整采访．