數(shù)字化成型是3D打印技術(shù)下個(gè)發(fā)展的方向

多年來(lái)，3D打印解決方案取代了部分工藝，也擴(kuò)展了許多傳統(tǒng)工藝。創(chuàng)建夾具與固定裝置、更快速的交付原型及定制義肢、提供短期需求的按需定制部件是體現(xiàn)3D打印價(jià)值的幾種方法。

據(jù)Wohler’s Report所述，這些方面的應(yīng)用也是3D打印行業(yè)在2017年增長(zhǎng)21%的原因。3D打印的使用在不斷增長(zhǎng)，越來(lái)越多企業(yè)發(fā)現(xiàn)增材制造能夠降低運(yùn)營(yíng)成本、提高生產(chǎn)效率以及提供更具耐久性的產(chǎn)品。

直到最近，有一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)還沒被用于3D打印的計(jì)量-生產(chǎn)運(yùn)行可重復(fù)性。3D打印極大節(jié)省成本，通過(guò)性能極佳的材料，為創(chuàng)建復(fù)雜和充滿想象力的部件提供了新方式。然而，還是輸入調(diào)節(jié)打印設(shè)置和全面生產(chǎn)運(yùn)行能力?，F(xiàn)在這種能力正隨著數(shù)字化成型的發(fā)展而不斷變化。

數(shù)字化成型是3D打印的下一個(gè)發(fā)展方向。通過(guò)已被證明的可重復(fù)性來(lái)為基于工模具的熱塑性塑料成型生產(chǎn)提供快速解決方案。新型的先進(jìn)3D打印機(jī)將如同其他生產(chǎn)制造設(shè)備一樣，提供更長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間和且具有不遜色的可重復(fù)性。數(shù)字化設(shè)計(jì)將代替工模具開發(fā)的繁瑣過(guò)程，所需時(shí)間將縮短到數(shù)小時(shí)，而不是數(shù)天乃至數(shù)周。

盡管這項(xiàng)技術(shù)不會(huì)取代基于注塑的大規(guī)模生產(chǎn)，但是它可以提供快速生產(chǎn)，適應(yīng)零件的快速變化需求，并且在工模具設(shè)計(jì)和加工階段即可使用。

大批量自動(dòng)化生產(chǎn)

可重復(fù)性是批量生產(chǎn)的重要指標(biāo)。現(xiàn)有的熱塑性塑料生產(chǎn)技術(shù)提供標(biāo)準(zhǔn)化的批量生產(chǎn)，僅需少量的運(yùn)行維護(hù)。對(duì)于數(shù)百萬(wàn)個(gè)部件來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程是可重復(fù)的。數(shù)字化成型可為增材制造技術(shù)賦予這種級(jí)別的可重復(fù)性。

如果8臺(tái)3D打印機(jī)被設(shè)定制造1萬(wàn)個(gè)零件，那么所有8臺(tái)打印機(jī)都必須有相同設(shè)定，并確保在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生改變。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果證實(shí)，基于3D Systems Figure 4的數(shù)字化成型工藝可以達(dá)到每小時(shí)100毫米的打印速度-六西格瑪可重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)。

3D Systems的Figure 4 Production System

統(tǒng)計(jì)結(jié)果為Cpk> 2，Cpk指工程能力指數(shù)。獲得的值為2或更高被認(rèn)為達(dá)到“六西格瑪”質(zhì)量過(guò)程。為了Figure 4打印平臺(tái)建立Cpk值，測(cè)試分別在8臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行。

Cpk測(cè)試需要運(yùn)行30個(gè)樣本。測(cè)試部件由每臺(tái)Figure 4打印機(jī)制作，并使用微米尺四次測(cè)量，統(tǒng)計(jì)樣本使用平均值。

接下來(lái)，調(diào)整物理模型，打印新的部件并再次測(cè)量。從兩臺(tái)打印機(jī)都獲得了相應(yīng)的圖表。綜合結(jié)果得分為2甚至更高，可重復(fù)性達(dá)到六西格瑪質(zhì)量。有些單獨(dú)的設(shè)備數(shù)據(jù)Cpk=1.94，從技術(shù)上來(lái)講，不屬于六西格瑪，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“新工藝的安全或關(guān)鍵參數(shù)”的低標(biāo)準(zhǔn)1.67。

材料專家、設(shè)計(jì)師和制造工程師現(xiàn)在可以使用數(shù)字化成型技術(shù)來(lái)滿足美學(xué)、功能、成本和耐用性的嚴(yán)格要求。數(shù)字化成型技術(shù)可以為有優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品、新設(shè)計(jì)、新的商業(yè)模型和新市場(chǎng)打開大門。關(guān)鍵在于在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候使用增材制造技術(shù)，而不是傳統(tǒng)的注塑成型。

3D Systems的材料專家們已經(jīng)為Figure 4創(chuàng)造了一系列工程熱塑性塑料，也在不斷擴(kuò)展材料，從而做到在注塑成型批量生產(chǎn)之前，實(shí)現(xiàn)小批量試生產(chǎn)（LRIP）。

數(shù)字化成型硬件

數(shù)字化成型需要一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，可快速擴(kuò)展和定制，以滿足制造商的獨(dú)特需求。3D打印，包括數(shù)字成型，必須占據(jù)整個(gè)零件生產(chǎn)過(guò)程。產(chǎn)量不僅僅被原始打印速度影響。它是一段時(shí)間內(nèi)打印、固化和后處理要求的總和。只有當(dāng)部件準(zhǔn)備好進(jìn)行進(jìn)一步的制造或運(yùn)輸時(shí)，才可以被算為部件的完成。

3D Systems的Figure 4 ProducTIon平臺(tái)是單獨(dú)打印模塊以及自動(dòng)化后處理模塊的集成，可以根據(jù)具體需求進(jìn)行定制。

Figure 4的打印過(guò)程都是自動(dòng)化的，首先是通過(guò)一系列超快的微型dlp(數(shù)字光處理)打印機(jī)進(jìn)行。這些單獨(dú)的模塊與定制的后處理模塊相結(jié)合，以極快的速度自動(dòng)完成零部件的打印，向客戶交付數(shù)字化成型部件。

系統(tǒng)吞吐量以垂直速度計(jì)量。根據(jù)幾何形狀和材料的不同，一個(gè)3D物體以每分鐘幾毫米的速度從2D打印平臺(tái)被打印出來(lái)。

數(shù)字化成型技術(shù)是智能制造技術(shù)非常重要的部分。機(jī)器人手臂抓取零件的動(dòng)作貫穿于在首道和二道工序中的每一步。數(shù)字檢測(cè)將工業(yè)4.0數(shù)據(jù)的采集和使用投入充分發(fā)揮作用。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議將數(shù)字成型系統(tǒng)與其他工廠設(shè)備連接起來(lái)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和云連接實(shí)現(xiàn)操作。

可擴(kuò)展性

數(shù)字化成型是針對(duì)塑料部件的免工具批量生產(chǎn)方式。為了達(dá)到批量，技術(shù)必須規(guī)?；詽M足各種工廠的情況。為了在制造技術(shù)中脫穎而出，數(shù)字化成型技術(shù)必須達(dá)到或超過(guò)傳統(tǒng)的注塑成型質(zhì)量，并且具有可接受的速度。

通過(guò)基準(zhǔn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，一個(gè)由8個(gè)模塊組成的Figure 4數(shù)字成型系統(tǒng)可以在11天內(nèi)生產(chǎn)出10000個(gè)帶紋理的汽車空調(diào)通風(fēng)口；而傳統(tǒng)的11天只能開出模具。

數(shù)字化成型不需取代傳統(tǒng)的注塑成型來(lái)證明價(jià)值。從CAD到生產(chǎn)的速度已使它成為小批量試生產(chǎn)（LRIP）的理想選擇。企業(yè)可以從數(shù)字成型開始，更快地進(jìn)入市場(chǎng)，然后可以選擇轉(zhuǎn)換或加入注塑成型，隨著需求的增長(zhǎng)而增加投入。

整個(gè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)環(huán)境

數(shù)字造型是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。它需要硬件、材料和軟件，所有的設(shè)計(jì)都是為了達(dá)到要求。要成為增材制造領(lǐng)域的下一個(gè)創(chuàng)新，數(shù)字成型生態(tài)系統(tǒng)必須提供先進(jìn)的打印技術(shù)、最新的材料科學(xué)、識(shí)別數(shù)字成型的獨(dú)特性的CAD軟件，以及在各模塊之間進(jìn)行自動(dòng)連接的機(jī)器人系統(tǒng)。

什么時(shí)候是使用數(shù)字化成型的合適時(shí)機(jī)？

當(dāng)4個(gè)指標(biāo)總擁有成本、生產(chǎn)率、耐用性和可重復(fù)性都需要被考慮的時(shí)候。當(dāng)業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)因素，如上市時(shí)間，生產(chǎn)靈活性和創(chuàng)新設(shè)計(jì)是必需的時(shí)候。當(dāng)需要品質(zhì)/速度/成本和工業(yè)4.0創(chuàng)新齊頭并進(jìn)的時(shí)候。對(duì)于注塑行業(yè)來(lái)說(shuō)，數(shù)字化成型技術(shù)的到來(lái)意味著新的變革。