制造业应如何把握机遇?

相信使用SOLIDWORKS的朋友都知道,我们的辛劳工作都是为了最终的部件能够在应用场景中行云流水,一气呵成。在软件层面,我们不断优化功能和易用性来减少工程师的工作量。但是从设计变为实体,还需要找到合适自己的制造工具和流程。对于大部分生产制造企业来说,优化从原型到成品制造的每一个环节都是提高效率和竞争力的关键。


增材制造,或俗称的3D打印,近十年来得到普及,被各行业的中小型企业所广泛应用。它的低成本、高效率制造随着自身技术的不断突破为制造业带来更多的可能,也被视作工业4.0中不可或缺的一部分。如今,3D打印技术已成为生产数十万种最终用途零件的经济有效的制造替代方案。


增材制造是一种制造方式的统称。顾名思义,主要方式是通过增加固态或液态材料并通过物理加温或化学反应的方式定型成所设计的形状。3D打印根据成型方式和材料的不同又分为几种细分技术。


今天,SOLIDWORKS携手Formlabs为您讲述几个具有代表性的应用案例,让大家体验如何通过其独具特色的低应力光固化(Low Force Stereolithography)技术来制造高精度部件,无论是用于原型验证、辅助生产还是最终成品。


01 沟通模型使部件生产更精确化


运用3D打印技术,可以轻松复制部件和组件的真实三维几何形状。建立沟通模型能够更好地传达二维工程图中的复杂性,避免发生代价高昂的错误并节省时间。


相比于传统的生产模式,从开模到成品,仅凭一张标准二维图纸,对于部件的精细不过分考究。在生产复杂的部件时,3D打印技术可以规避因图纸问题导致熟练、有经验的机器操作人员产生混淆和误解,解决部件不合格难以投产问题。



△A&M Tooland Design的工程师将3D打印沟通模型作为2D部件和组件图纸的补充,旨在减少错误,解释复杂的操作,并与客户实现闭环。


3D沟通模型也有助于工程师与合同制造商之间的相互沟通。工程师希望确保合同制造商完全理解部件的几何形状,而制造商则希望在满足产品要求的同时找到降低成本的机会。使用共享的物理模型可以让双方实现信息同步,即使在后期DFM/A调整过程中出现快速行动和迭代时也是如此。


02 内部打印减少生产周期与外包成本


传统的制造工艺,内部生产治具、夹具和工具等组件的设备成本高,并且需要技术娴熟的操作人员,因此很难以实现合理的投资回报率。如选择外包,需要大批量生产,并且交付周期长,若投入使用后发现有任何问题或存在任何需要改进之处,则需要重新开始这一流程或者进行返工,影响生产进度。



“通过外包给传统的加工服务提供商,我们将不得不再等六个星期才能开始生产。使用3D打印,可以简单地采用相同的设计,将其发送到打印机,然后在第二天早晨准备好成品。”


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Pankl Racing Systems工艺工程师


如今,3D打印技术的进步提高了投资回报率,越来越多的制造商开始将治具和夹具的生产转回内部。引入内部3D打印可大幅简化工作流程,加快并降低迭代成本,收紧反馈回路,并验证零件设计和可制造性,以提前解决潜在的供应链延迟,快速节省大量时间和成本。最终将工程师从限制中解放出来,能有更多的时间用于创新,而非注重机器本身。


03 让生产定制化产品过程更轻松


制造商打造定制的部件,由于部件的几何形状可能很复杂,对加工或成型等传统制造工艺来说成本很高。



△AMRC专为碳纤维制造应用制造的定制3D打印丝轴


谢菲尔德大学高级制造研究中心(AMRC)曾在一个项目中,向机器人植入高精度高速自动移动碳纤维层。由于固定机器人的压缩空气夹爪的L形支架接头处开始弯曲,导致出现故障。如果重新定制,开模到成品的支付费用昂贵且费时,显然这种做法不切实际。


采用 Formlabs Durable Resin 制造的 3D 打印臂端夹爪,作为复合材料制造工艺的一部分,用于精确、 反复放置碳纤维层。


工程师们开发出一种新的3D打印设计(上图),该设计可避免这些问题,而且制造工艺简单,所用时间比加工等传统原型制作工艺短得多。工程师们制造并测试了夹爪的多个迭代,最终得到的设计的性能优于以往焊件和加工部件。高级制造工艺通常需要定制化组件(定制部件对准器、供料装置和臂端工具)来保证质量和最大限度延长正常运行时间,定制的几何形状比现成的解决方案性能更好,并且能够通过3D打印在内部快速制造出来。


04 节省制造检验成本


在产品设计的最后阶段,对每个部件和组件的可制造性进行评估和风险去除是至关重要的工作。如今,许多工程师发现对于各种制造验证应用来说,3D 打印都是不可多得的工具,如创建短周期、低成本的工具,构建定制测试治具,或创建其他用于测试制造工艺的组件。


3D打印部件通常被用作替代部件,可用于准确模拟部件几何形状、装配过程中的步骤或产品在制造过程中的其他特征。替代部件有两个典型优点:一是使装配线或生产线能够立即启动和运行,无需等待交付周期长的组件;二是避免实现工艺时昂贵的组件受到破坏或损害。


3D 打印工具也有助于确定特定部件的几何形状是否适用于最终材料,而无需投资购入常设工艺装备,因为常设工艺装备通常会带来较高的成本和较长的交付周期。SLA 树脂可用于轻松制造3D打印注塑模具、真空成型图样、注蜡模具和熔模铸造图样,让工程师能够通过在内部创建快速工具或图样对新部件和产品进行低风险测试。



谷歌使用Formlabs High Temp Resin打造替代部件


谷歌ATAP部门通过使用Formlabs High Temp Resin打造替代部件,用于实现新的二次成型工艺,节省超过10万美元。


由于多次注塑成型工艺以及电子产品本身的精密特性,实现新的可穿戴设备的成型过程非常复杂。ATAP 的团队意识到,他们可以采用与电路板几何形状匹配的3D打印部件,而不是围绕完全填充的电路板进行成型。这意味着他们可以在实现过程中使用低成本的3D打印,而不是昂贵的PCB,这使制造团队有更多的空间来完善成型工艺,避免浪费价值数万美元的组装电子产品。


05 直接打印具有性能优势产品


使用3D打印作为部件的最终制造工艺是最新、发展最快的应用领域之一。材料科学、生产调度软件和自动化的进步,使3D打印与传统制造工艺相比更具成本优势,尤其是对多品种少量生产的产品而言。该技术也适用于需高度定制化的产品,或通过3D打印实现的独特几何形状具有性能优势的产品。


利用低强度立体光固化3D打印技术,新百伦为其鞋履生产线打造出精密的功能性晶格结构,利用独特的材料和几何形状达到减轻重量、简化装配、缩短供应链的效果。生产线出产的第一款产品Triple Cell 990S在上市24小时内便销售一空。



△新百伦用3D打印技术打造的独特晶格结构


无需投资昂贵的工具,使用3D打印即可制造各种复杂的设计,而无需花费比生产简单零件更多的时间,精力或材料,并且可以帮助将个性化产品扩展到大众市场机会。


如今,3D打印机已经成为工具箱中的“必备工具”。Formlabs为用户提供一整套桌面级光固化3D打印系统及简易操作的工作流程,让3D打印更直观可靠,用户可在20多种树脂材料中选择制造出25微米工业级精度、不同功能的部件。


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△使用 Formlabs 3D打印的各种功能性部件