背景介紹 

    從一開始微不足道的哈羅依德影像公司（HaloidPhotography Company）到今天躋身全球五百強，施樂公司一直致力于研發創新的高質量的產品。其中最典型一例便是ColorQube^TM 9200系列多功能打印機。

    該系列打印機采用獨特的固體油墨技術取代傳統的碳粉或墨盒。固體油墨技術的使用有助于獲得質量一致的印刷品。與激光打印技術相比，ColorQube^TM 9200系列打印機能夠降低62%的彩色印刷成本并且減少90%的耗材浪費——是一個可持續的打印解決方案。

    商務級ColorQube^TM9200系列打印機每分鐘可打印高達85頁或復印高達50頁的傳真、掃描或電子郵件。隱含在打印機外殼下的是多個零件復雜的運動過程。打印頭將油墨噴到硒鼓上形成圖像，然后硒鼓上的油墨在壓輥的作用下傳遞并固定在打印紙上。整個過程中硒鼓的旋轉、打印頭的掃描以及打印紙的移動是同時進行的，而且必須精確對準和順序動作。   

    挑戰 

    在該系列打印機最新型號的開發過程中，施樂研發團隊希望深入了解打印機日常工作中遇到的一些干擾——如打印機外殼的碰撞、普通的振動甚至打印機運轉過程中的出紙動作等是如何造成印刷品上可見缺陷的。除此之外，他們還想知道如何在最小成本和最小風險的情況下盡量減小這些缺陷。

    施樂研發團隊開始借助于復雜的計算機仿真來確定在油墨噴射過程中的振動和不確定性對印刷質量的影響。為了更好地研究產品的結構特性以及確定不必要激勵的來源，他們與Altair ProductDesign展開了合作。    

    解決方案

    一個細節優化的過程

   

在ColorQube9200系列打印機研發過程中，施樂公司使用仿真技術將產品振動控制在像素水平下。

    要開發出一個持續提供高質量輸出的打印機，最重要的一點在于能否將振動降低至像素水平。與通常處在毫米水平的汽車行業仿真不同，打印機需要在微米水平下進行仿真分析。

    首先，施樂公司進行打印機各個子系統的物理測試。他們將加速度計放置在ColorQube^TM9200系列打印機物理樣機中可能因振動造成印刷缺陷的關鍵點上，了解打印機在工作過程中如果有人打開或關閉文檔盒會對打印機造成什么樣的影響。試驗中獲取的數據對評估不同辦公環境的打印機工作嚴酷性具有重要的意義。經過反復對比試驗結果，Altair將這些工況總結為一個最嚴酷的工況以研究28個不同形式的碰撞場景。

    然后，Altair開發出一個高度逼真的分析模型指導研發過程以獲得振動最小的產品。這其中包括將產品拆分成若干個子系統，使用音叉測試每個安裝過程中產品的固有頻率等。

    在物理樣機測試現場，Altair建立了產品的有限元模型并求解每一個安裝過程中產品的固有頻率以保證兩種試驗的高度協調。期間，包括改進模型的參數以解釋影響分析模型精度的非典型性剛度，如面-面接觸、X軸軸承剛度、集中質量、彈簧剛度甚至是加速度計和較輕零件的質量等因素對模型整體剛度造成的影響。所有的分析均采用Altair HyperWorks CAE軟件包，包含前后處理工具HyperMesh和HyperView及求解固有頻率的RADIOSS。

    Altair最終使用包含成千上萬個單元的虛擬裝配體來反映產品中100多個不同的零件。這個高度逼真的分析模型通過計算噴墨過程中打印頭和硒鼓之間的相對位移為振動最小化設計提供指導。

    最后，Altair ProductDesign的工程師使用這個虛擬仿真模型分析了12種不同的設計變量產生的激勵曲線并精確的描述了ColorQube^TM9200系列產品上關鍵點是如何對打印機日常搬運和辦公使用產生影響的。除了仿真驅動設計方法之外的另一種方法需要生產和測試大量的物理樣機，電子產品行業產品從構思到上市的時間壓力已經迫使他們摒棄這種傳統的“設計-試驗-再設計”的研發流程。

    高效的結果

    Altair ProductDesign團隊最終為施樂公司帶來了令人振奮的、低成本的設計方案。

    施樂研發團隊原打算在設計方案中加入襯套以降低振動，但是分析結果表明，這些襯套對提高印刷質量效果不大。與此同時，Altair分析了多個設計變量以研究哪些設計因素對硒鼓和打印頭的振動最為敏感。他們發現預載、彈簧剛度、材料和零件尺寸在低頻范圍內對產品的影響不大，而這些因素都是先前關注的對象。

    另外，分析結果推薦使用一些簡單的無成本的改進，如變更裝配關系、加入加強肋或提高產品外殼剛度等都可以減少由振動引起的打印頭和硒鼓之間的相對位移。

    Altair ProductDesign的仿真結果在幫助施樂公司降低產品成本方面起了很大的作用。例如，原始方案中使用的阻尼裝置使設計空間變得非常復雜并且增加了成本，而仿真結果顯示這些隔離裝置是不必要的。

    “我們使用Altair的仿真模型可以在同一時間完成多種工況的仿真分析。在分析中可以方便的添加或刪除不同的設計變量然后獲得相應的結果。”

    此外，如果施樂公司在研發伊始就采用生產和測試物理樣機的設計流程而不是Altair的仿真模型，那么上述工作將會延長研發周期數月之久。

    這種優化工作將幫助企業增值，因為它可以快速低成本地進行創新的、更加激進產品結構研究。

    在一系列獨立的分析中，Altair還進行了產品跌落分析以驗證產品在搬運過程中從5英尺高的卡車上跌落時對產品的整體性能造成的影響，施樂公司根據這些仿真結果增加產品包裝的保護裝置。

    施樂產品研發團隊與Altair ProductDesign合作，Altair ProductDesign通過創建施樂ColorQubeTM 9200系列多功能打印機分析模型以確定油墨噴射過程中結構的振動對印刷質量的影響。

    結論 

   協同工作

    整個仿真測試過程中，最重要的因素是合作。來自施樂的產品研發團隊和Altair ProductDesign高效合作實現了物理樣機和虛擬模型信息的實時交換以及在盡可能的檢查和排除潛在的問題的狀態下進行測試。

    項目伊始，施樂公司制定了研發路線圖，明確了它們能看到什么、需要提供什么以及可以從Altair獲得什么、什么時候能夠獲得這些等等。整個合作過程中，Altair的所有工作都是干脆利索的執行并且一切結論從數據出發，從未忽略任何細節。

   

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