制造業應如何把握機遇？

相信使用SOLIDWORKS的朋友都知道，我們的辛勞工作都是為了最終的部件能夠在應用場景中行云流水，一氣呵成。在軟件層面，我們不斷優化功能和易用性來減少工程師的工作量。但是從設計變為實體，還需要找到合適自己的制造工具和流程。對于大部分生產制造企業來說，優化從原型到成品制造的每一個環節都是提高效率和競爭力的關鍵。

增材制造，或俗稱的3D打印，近十年來得到普及，被各行業的中小型企業所廣泛應用。它的低成本、高效率制造隨著自身技術的不斷突破為制造業帶來更多的可能，也被視作工業4.0中不可或缺的一部分。如今，3D打印技術已成為生產數十萬種最終用途零件的經濟有效的制造替代方案。

增材制造是一種制造方式的統稱。顧名思義，主要方式是通過增加固態或液態材料并通過物理加溫或化學反應的方式定型成所設計的形狀。3D打印根據成型方式和材料的不同又分為幾種細分技術。

今天，SOLIDWORKS攜手Formlabs為您講述幾個具有代表性的應用案例，讓大家體驗如何通過其獨具特色的低應力光固化（Low Force Stereolithography）技術來制造高精度部件，無論是用于原型驗證、輔助生產還是最終成品。

01 溝通模型使部件生產更精確化

運用3D打印技術，可以輕松復制部件和組件的真實三維幾何形狀。建立溝通模型能夠更好地傳達二維工程圖中的復雜性，避免發生代價高昂的錯誤并節省時間。

相比于傳統的生產模式，從開模到成品，僅憑一張標準二維圖紙，對于部件的精細不過分考究。在生產復雜的部件時，3D打印技術可以規避因圖紙問題導致熟練、有經驗的機器操作人員產生混淆和誤解，解決部件不合格難以投產問題。

△A&M Tooland Design的工程師將3D打印溝通模型作為2D部件和組件圖紙的補充，旨在減少錯誤，解釋復雜的操作，并與客戶實現閉環。

3D溝通模型也有助于工程師與合同制造商之間的相互溝通。工程師希望確保合同制造商完全理解部件的幾何形狀，而制造商則希望在滿足產品要求的同時找到降低成本的機會。使用共享的物理模型可以讓雙方實現信息同步，即使在后期DFM/A調整過程中出現快速行動和迭代時也是如此。

02 內部打印減少生產周期與外包成本

傳統的制造工藝，內部生產治具、夾具和工具等組件的設備成本高，并且需要技術嫻熟的操作人員，因此很難以實現合理的投資回報率。如選擇外包，需要大批量生產，并且交付周期長，若投入使用后發現有任何問題或存在任何需要改進之處，則需要重新開始這一流程或者進行返工，影響生產進度。

“通過外包給傳統的加工服務提供商，我們將不得不再等六個星期才能開始生產。使用3D打印，可以簡單地采用相同的設計，將其發送到打印機，然后在第二天早晨準備好成品。”

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Pankl Racing Systems工藝工程師

如今，3D打印技術的進步提高了投資回報率，越來越多的制造商開始將治具和夾具的生產轉回內部。引入內部3D打印可大幅簡化工作流程，加快并降低迭代成本，收緊反饋回路，并驗證零件設計和可制造性，以提前解決潛在的供應鏈延遲，快速節省大量時間和成本。最終將工程師從限制中解放出來，能有更多的時間用于創新，而非注重機器本身。

03 讓生產定制化產品過程更輕松

制造商打造定制的部件，由于部件的幾何形狀可能很復雜，對加工或成型等傳統制造工藝來說成本很高。

△AMRC專為碳纖維制造應用制造的定制3D打印絲軸

謝菲爾德大學高級制造研究中心(AMRC)曾在一個項目中，向機器人植入高精度高速自動移動碳纖維層。由于固定機器人的壓縮空氣夾爪的L形支架接頭處開始彎曲，導致出現故障。如果重新定制，開模到成品的支付費用昂貴且費時，顯然這種做法不切實際。

采用 Formlabs Durable Resin 制造的 3D 打印臂端夾爪，作為復合材料制造工藝的一部分，用于精確、 反復放置碳纖維層。

工程師們開發出一種新的3D打印設計（上圖），該設計可避免這些問題，而且制造工藝簡單，所用時間比加工等傳統原型制作工藝短得多。工程師們制造并測試了夾爪的多個迭代，最終得到的設計的性能優于以往焊件和加工部件。高級制造工藝通常需要定制化組件(定制部件對準器、供料裝置和臂端工具)來保證質量和最大限度延長正常運行時間，定制的幾何形狀比現成的解決方案性能更好，并且能夠通過3D打印在內部快速制造出來。

04 節省制造檢驗成本

在產品設計的最后階段，對每個部件和組件的可制造性進行評估和風險去除是至關重要的工作。如今，許多工程師發現對于各種制造驗證應用來說，3D 打印都是不可多得的工具，如創建短周期、低成本的工具，構建定制測試治具，或創建其他用于測試制造工藝的組件。

3D打印部件通常被用作替代部件，可用于準確模擬部件幾何形狀、裝配過程中的步驟或產品在制造過程中的其他特征。替代部件有兩個典型優點:一是使裝配線或生產線能夠立即啟動和運行，無需等待交付周期長的組件;二是避免實現工藝時昂貴的組件受到破壞或損害。

3D 打印工具也有助于確定特定部件的幾何形狀是否適用于最終材料，而無需投資購入常設工藝裝備，因為常設工藝裝備通常會帶來較高的成本和較長的交付周期。SLA 樹脂可用于輕松制造3D打印注塑模具、真空成型圖樣、注蠟模具和熔模鑄造圖樣，讓工程師能夠通過在內部創建快速工具或圖樣對新部件和產品進行低風險測試。

谷歌使用Formlabs High Temp Resin打造替代部件

谷歌ATAP部門通過使用Formlabs High Temp Resin打造替代部件，用于實現新的二次成型工藝，節省超過10萬美元。

由于多次注塑成型工藝以及電子產品本身的精密特性，實現新的可穿戴設備的成型過程非常復雜。ATAP 的團隊意識到，他們可以采用與電路板幾何形狀匹配的3D打印部件，而不是圍繞完全填充的電路板進行成型。這意味著他們可以在實現過程中使用低成本的3D打印，而不是昂貴的PCB，這使制造團隊有更多的空間來完善成型工藝，避免浪費價值數萬美元的組裝電子產品。

05 直接打印具有性能優勢產品

使用3D打印作為部件的最終制造工藝是最新、發展最快的應用領域之一。材料科學、生產調度軟件和自動化的進步，使3D打印與傳統制造工藝相比更具成本優勢，尤其是對多品種少量生產的產品而言。該技術也適用于需高度定制化的產品，或通過3D打印實現的獨特幾何形狀具有性能優勢的產品。

利用低強度立體光固化3D打印技術，新百倫為其鞋履生產線打造出精密的功能性晶格結構，利用獨特的材料和幾何形狀達到減輕重量、簡化裝配、縮短供應鏈的效果。生產線出產的第一款產品Triple Cell 990S在上市24小時內便銷售一空。

△新百倫用3D打印技術打造的獨特晶格結構

無需投資昂貴的工具，使用3D打印即可制造各種復雜的設計，而無需花費比生產簡單零件更多的時間，精力或材料，并且可以幫助將個性化產品擴展到大眾市場機會。

如今，3D打印機已經成為工具箱中的“必備工具”。Formlabs為用戶提供一整套桌面級光固化3D打印系統及簡易操作的工作流程，讓3D打印更直觀可靠，用戶可在20多種樹脂材料中選擇制造出25微米工業級精度、不同功能的部件。

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△使用 Formlabs 3D打印的各種功能性部件

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