格力電器，3D列印技術對組合式空調發展的影響
3D列印技術與傳統的減材製造技術或者等材製造技術相比，因其具有無限制的成型能力和快速製造及節省材料的特點，在日用電器、航太航空、建築、汽車、醫療器械等領域得到快速發展。
傳統製造存在的問題
組合式空調是中央空調系統的重要組成部分。其功能是實現對空氣進行降溫、加熱、加濕、除濕以及淨化過濾等。
在製造環節，傳統的製造活動模型如圖2，其過程是，購買原材料或毛坯，利用加工設備和工具在能源驅動作用下，使原材料或毛坯的幾何形狀或物理化學性能發生變化，然後將加工的零部件和採購的零部件通過裝配的方式最終形成產品[3]。
1.1.零件加工
在批量化、規模化、標準化產品生產環境中，其客戶化定制的特點，使得組合式空調機組顯得特別不“合群”。由於組合式空調機組是定制產品，無法實現批量生產。因此在零部件加工上，無法使用模具，只能使用數控加工。零件加工流程如圖3所示。
這種加工技術弊端明顯：
1.1.1.加工工序繁瑣
由圖2加工流程可知，由於加工技術的限制，零件加工需經歷多道加工工序，並且每道工序可能需要一種或是多種加工設備，例如：鈑金結構件成型工序的折彎、拉伸、疊邊、翻邊等成型需要使用的設備均不相同。
1.1.2.加工設備制約設計及製造
對於因形狀特殊或者尺寸超出設備加工能力範圍的零部件需要設計人員對零部件進行拆分處理，
1.1.3.材料利用率不高
零件批量小，原材料無法根據零件進行標準化，導致材料利用率不高。以某生產商全年生產消耗材料統計如表1可知，鈑金作為組合式空調主要材料的利用率僅為86.5%，材料浪費非常大。
由此可知，如果企業想要實現產品快速開發就必須自製全部零部件，自製零部件必須購置大量專業加工設備及建造廠房，很顯然這樣會增加很多成本。雖然專業化生產(即不同零部件交由不同專業生產商生產)可以使問題得到緩解，但是也攤薄了企業利潤。
1.2.產品品質不高
密封性能、隔熱性能和潔淨度等是衡量組合式空調品質優劣的重要指標。目前漏風、凝露已成為組合式空調機組的頑疾，無法得到很好的控制。具體原因有：
1.2.1.製造技術限制
現有加工技術的弊端，導致空調箱體需拆分成多類零部件。現在空調箱體分為有框架和無框架兩種形式，兩種空調箱體各有優缺點：
有框架的空調箱體由框架型材、保溫面板、隔熱條、密封條及其他零部件組成如圖4，其缺點在於框架的防冷橋性能不高，保溫面板與框架型材之間的接觸面以及框架型材拼接處的密封難以控制，同時還存在裝配工序繁瑣，生產效率低的問題。
無框架的空調箱體基本構成包括框架型材、保溫面板、隔熱條、密封條及其他零部件等，不同之處在於其將框架型材和隔熱條及密封條集成到保溫面板上如圖5所示。通過保溫面板搭接的方式組成空調箱體，雖然在裝配工序上有所減少，但缺點在於保溫面板搭接組成箱體時，保溫面板搭接處的隔熱效果和密封效果難以控制。
1.2.2.產品體積龐大
產品體積龐大導致產品受運輸條件的限制及機房安裝尺寸限制。組合式空調必須分為多個物理段運輸或者將零部件運輸到工程場地安裝。由於工程場地限制和施工環境惡劣及安裝人員不專業等因素在物理段對接時，對接處的防冷橋和密封措施往往不受控，機組的密封性能和隔熱性能無法保證。
3D列印技術的有益效果
2.1.設計無限制
傳統製造工藝技術和生產設備往往制約產品設計。3D列印由於採用了分層加工疊加成型的製造方式，產品的製造難度不再受制於其結構複雜程度。不但可用3D列印常規形狀的零件或產品，而且3D列印對於那些結構特徵複雜、尺度過大抑或傳統加工方式無法加工的零件也可輕鬆完成加工。3D列印技術的無限制的製造能力將徹底解放設計環節。產品設計將不再以製造為核心，而是更加注重產品性能。加之智慧設計技術的應用，設計環節不再需要建立龐大的零件資料庫和零件程式資料庫。
2.2.改變產品開發流程
2.2.1.改變產品製造模式
在製造環節，零部件加工與產品裝配環節合併。3D列印使得零件製造不需要繁瑣的生產工序，也不需要將零部件通過各種裝配方式安裝到機組上，而是將零部件按產品功能和裝配關係直接列印。列印過程既是零件加工過程，也是產品裝配過程。產品製造過程將變成原材料採購、零部件加工。
2.2.2.去掉產品運輸和安裝環節
因為產品製造環節的簡化，使得產品製造不再需要配置大量的專業生產設備和生產廠房及大量的協同作業，而是將產品製造移步到工程現場。將原材料運輸到工程現場通過3D列印實現產品製造、安裝，如圖6所示。
改變產品開發流程的前提是設計、製造實現智慧化。目前基於產品模組化設計和參數化設計的方法可以實現智慧化設計和智慧製造，其基本流程如圖7所示。產品模組化之後，在CAD軟體應用參數化方法對模組化零件進行設計。模型尺寸不再用確定的數值表示，而是通過參數表示。之後將設計需求轉化成產品參數，通過人機交互介面將產品參數轉化成零件參數和裝配參數，並導入到CAD軟體，通過參數驅動生成零件模型和裝配模型以實現智慧設計[4]。進而通過參數化程式設計，並將模型參數傳輸到列印設備，從而最終實現智慧製造。
因此， 3D列印不僅可以改變產品開發流程以提高生產效率，而且可以減少零件加工設備和產品裝配工人及生產廠房以降低企業生產成本。
2.3.提升產品品質
組合式空調的漏風、凝露等頑疾將得到根除。3D列印技術的使用箱體的構成不再是傳統的框架結構而是整體式結構，使其結構簡單合理、整機冷橋係數更低、密封性能更好以及箱體內壁平整度和潔淨度更高。
3D列印技術實現的整體成型空調箱體如圖8，將箱體分為外隔熱層、結構加強層、內隔熱層如圖9。外隔熱層與內隔熱層為獨立的兩個隔熱層，外隔熱層阻隔空調箱體外熱能進入箱體內，內隔熱層阻隔機組內熱能傳播到箱體外；結構加強層容置於外隔熱層與內隔熱層之間的間隙內，隔斷外隔熱層與內隔熱層的熱交換，同時起支撐和連接外隔熱層和內隔熱層的作用，還能夠提高箱體強度。
隔熱層分開為外隔熱層和內隔熱層，並且在外隔熱層與內隔熱層之間的間隙內放置結構加強層，有利於阻隔熱交換，提高空調箱體製冷效率；結構加強層的大面積使用，有助於隔斷熱傳導，避免形成冷橋，從而避免空調箱體凝露；外隔熱層和內隔熱層均是整體列印成型，避免箱體裝配間隙的產生，使得空調箱體密封性能更好；隔熱層整體成型使得箱體內壁平整，無縫隙，無毛刺，無段差，從而不會積塵積灰，機組可以達到更高潔淨度；空調機組內部零部件的固定結構可植入到內隔熱層，在內隔熱層成型的同時，可固定內部零部件，同時消除零部件與箱體連接的間隙，避免了漏風，提高機組潔淨度，而且加強了機組整體的結構強度。
3D列印技術的瓶頸
目前3D列印金屬材料和高分子材料的列印技術已有大量研究並已有大量實際應用[5]，因此機組部分使用金屬材料或者高分子材料的零部件可以通過3D列印技術實現生產。但是隔熱保溫材料作為組合式空調實現保溫、防凝露的重要屏障，在3D列印上並沒有太大進展。隔熱材料已成為組合式空調實現3D列印的瓶頸之一。以目前的隔熱保溫材料而言，因岩棉具有密度小、導熱係數低、不燃燒、熔點高等突出優點[6-8]，非常適合與金屬材料列印構成保溫層如圖10。但在工藝上如何實現也是值得研究的課題。
目前比較成熟的3D列印方式是單一材料列印，還不做到能多印表機協同作業，因此生產效率並不高。群組機器人集體列印製造產品是提高3D列印效率的重要手段。就是一群3D印表機像蜜蜂一樣共同執行任務。這樣，印表機的尺寸跟產品尺寸無關，同時印表機的智慧要求也可以大大降低。這種自組織自協調的群體智慧方式也是現在人工智慧的研究方向。
3D列印技術在許多行業或者領域的應用研究已大量開展，並且已得到實際應用。在組合式空調行業可以借鑒現有成熟技術製造部分零部件，但還是有許多方面值得深入研究，比如適合3D列印的隔熱保溫材料，是仍然使用岩棉還是開發其他種類的材料等等。這必然是一條很長的路，但3D列印技術作為一種具有顛覆性的新興製造技術，其帶來的效益是顯而易見的。
作者：趙冬冬 (珠海格力電器股份有限公司)
目前漏風、凝露已成為組合式空調機組的頑疾，無法得到很好的控制。具體原因有：1.2.1.製造技術限制
現有加工技術的弊端，導致空調箱體需拆分成多類零部件。現在空調箱體分為有框架和無框架兩種形式，兩種空調箱體各有優缺點：
有框架的空調箱體由框架型材、保溫面板、隔熱條、密封條及其他零部件組成如圖4，其缺點在於框架的防冷橋性能不高，保溫面板與框架型材之間的接觸面以及框架型材拼接處的密封難以控制，同時還存在裝配工序繁瑣，生產效率低的問題。
無框架的空調箱體基本構成包括框架型材、保溫面板、隔熱條、密封條及其他零部件等，不同之處在於其將框架型材和隔熱條及密封條集成到保溫面板上如圖5所示。通過保溫面板搭接的方式組成空調箱體，雖然在裝配工序上有所減少，但缺點在於保溫面板搭接組成箱體時，保溫面板搭接處的隔熱效果和密封效果難以控制。
1.2.2.產品體積龐大
產品體積龐大導致產品受運輸條件的限制及機房安裝尺寸限制。組合式空調必須分為多個物理段運輸或者將零部件運輸到工程場地安裝。由於工程場地限制和施工環境惡劣及安裝人員不專業等因素在物理段對接時，對接處的防冷橋和密封措施往往不受控，機組的密封性能和隔熱性能無法保證。
3D列印技術的有益效果
2.1.設計無限制
傳統製造工藝技術和生產設備往往制約產品設計。3D列印由於採用了分層加工疊加成型的製造方式，產品的製造難度不再受制於其結構複雜程度。不但可用3D列印常規形狀的零件或產品，而且3D列印對於那些結構特徵複雜、尺度過大抑或傳統加工方式無法加工的零件也可輕鬆完成加工。3D列印技術的無限制的製造能力將徹底解放設計環節。產品設計將不再以製造為核心，而是更加注重產品性能。加之智慧設計技術的應用，設計環節不再需要建立龐大的零件資料庫和零件程式資料庫。
2.2.改變產品開發流程
2.2.1.改變產品製造模式
在製造環節，零部件加工與產品裝配環節合併。3D列印使得零件製造不需要繁瑣的生產工序，也不需要將零部件通過各種裝配方式安裝到機組上，而是將零部件按產品功能和裝配關係直接列印。列印過程既是零件加工過程，也是產品裝配過程。產品製造過程將變成原材料採購、零部件加工。
2.2.2.去掉產品運輸和安裝環節
因為產品製造環節的簡化，使得產品製造不再需要配置大量的專業生產設備和生產廠房及大量的協同作業，而是將產品製造移步到工程現場。將原材料運輸到工程現場通過3D列印實現產品製造、安裝，如圖6所示。
改變產品開發流程的前提是設計、製造實現智慧化。目前基於產品模組化設計和參數化設計的方法可以實現智慧化設計和智慧製造，其基本流程如圖7所示。產品模組化之後，在CAD軟體應用參數化方法對模組化零件進行設計。模型尺寸不再用確定的數值表示，而是通過參數表示。之後將設計需求轉化成產品參數，通過人機交互介面將產品參數轉化成零件參數和裝配參數，並導入到CAD軟體，通過參數驅動生成零件模型和裝配模型以實現智慧設計[4]。進而通過參數化程式設計，並將模型參數傳輸到列印設備，從而最終實現智慧製造。
因此， 3D列印不僅可以改變產品開發流程以提高生產效率，而且可以減少零件加工設備和產品裝配工人及生產廠房以降低企業生產成本。
2.3.提升產品品質
組合式空調的漏風、凝露等頑疾將得到根除。3D列印技術的使用箱體的構成不再是傳統的框架結構而是整體式結構，使其結構簡單合理、整機冷橋係數更低、密封性能更好以及箱體內壁平整度和潔淨度更高。
3D列印技術實現的整體成型空調箱體如圖8，將箱體分為外隔熱層、結構加強層、內隔熱層如圖9。外隔熱層與內隔熱層為獨立的兩個隔熱層，外隔熱層阻隔空調箱體外熱能進入箱體內，內隔熱層阻隔機組內熱能傳播到箱體外；結構加強層容置於外隔熱層與內隔熱層之間的間隙內，隔斷外隔熱層與內隔熱層的熱交換，同時起支撐和連接外隔熱層和內隔熱層的作用，還能夠提高箱體強度。
隔熱層分開為外隔熱層和內隔熱層，並且在外隔熱層與內隔熱層之間的間隙內放置結構加強層，有利於阻隔熱交換，提高空調箱體製冷效率；結構加強層的大面積使用，有助於隔斷熱傳導，避免形成冷橋，從而避免空調箱體凝露；外隔熱層和內隔熱層均是整體列印成型，避免箱體裝配間隙的產生，使得空調箱體密封性能更好；隔熱層整體成型使得箱體內壁平整，無縫隙，無毛刺，無段差，從而不會積塵積灰，機組可以達到更高潔淨度；空調機組內部零部件的固定結構可植入到內隔熱層，在內隔熱層成型的同時，可固定內部零部件，同時消除零部件與箱體連接的間隙，避免了漏風，提高機組潔淨度，而且加強了機組整體的結構強度。
3D列印技術的瓶頸
目前3D列印金屬材料和高分子材料的列印技術已有大量研究並已有大量實際應用[5]，因此機組部分使用金屬材料或者高分子材料的零部件可以通過3D列印技術實現生產。但是隔熱保溫材料作為組合式空調實現保溫、防凝露的重要屏障，在3D列印上並沒有太大進展。隔熱材料已成為組合式空調實現3D列印的瓶頸之一。以目前的隔熱保溫材料而言，因岩棉具有密度小、導熱係數低、不燃燒、熔點高等突出優點[6-8]，非常適合與金屬材料列印構成保溫層如圖10。但在工藝上如何實現也是值得研究的課題。
目前比較成熟的3D列印方式是單一材料列印，還不做到能多印表機協同作業，因此生產效率並不高。群組機器人集體列印製造產品是提高3D列印效率的重要手段。就是一群3D印表機像蜜蜂一樣共同執行任務。這樣，印表機的尺寸跟產品尺寸無關，同時印表機的智慧要求也可以大大降低。這種自組織自協調的群體智慧方式也是現在人工智慧的研究方向。
3D列印技術在許多行業或者領域的應用研究已大量開展，並且已得到實際應用。在組合式空調行業可以借鑒現有成熟技術製造部分零部件，但還是有許多方面值得深入研究，比如適合3D列印的隔熱保溫材料，是仍然使用岩棉還是開發其他種類的材料等等。這必然是一條很長的路，但3D列印技術作為一種具有顛覆性的新興製造技術，其帶來的效益是顯而易見的。
作者：趙冬冬 (珠海格力電器股份有限公司)