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适用于电器 原型和备件的3D打印

适用于电器 原型和备件的3D打印

2021-07-14 15:46

三维 (3D) 打印用于家电制造。在使用 3D 打印方法进行大规模生产之前,对冰箱、炉灶或洗衣机的各个部件进行原型设计可提供灵活性、成本效益和更快的上市时间。

除了原型制作之外,一次性或替换物品的定制零件很常见,增材制造 (AM) 是生产它们的好方法。家电制造商不再需要持有大量备件库存。如果一个损坏或丢失,他们可以在客户当地的位置打印替换件,并根据需要将其发送出去。

ISO/ASTM 52900 标准 3D 打印机的七个类别中的五个——粉末床融合、材料挤出、还原光聚合、粘合剂喷射和材料喷射——用于电器零件生产。最突出的是熔融沉积建模 (FDM),它被认为是材料挤出和选择性激光烧结 (SLS),它是粉末床融合系列的一部分。两者都是成熟的技术,因此很受欢迎。

话虽如此,随着技术的进步,在制造电器零件时,3D 打印中的其他工艺也受到青睐,越来越多的制造商意识到许多其他类型的材料(或细丝)可用于原型制作和备件。

服务供应链
家电制造商受益于3D打印。虽然与其他制造方法相比,它仍然是一个较慢的过程,但它对于创建原型和备件很有用。

3D 打印是家电制造商的理想选择,因为它可以提供快速、准确的原型。“AM 为家电制造商提供了最灵活的解决方案来制作原型和制造零件。先进的快速原型技术使他们能够生产现有制造方法无法完成的零件,或将这一过程加速数倍。它还使其更具成本效益,”Sinterit 首席执行官 Maxime Polesello 解释说。

SLM 销售和营销副总裁 Winthrop Sheldon 指出:“有数百个通过 CNC 加工、冲压、铸造和其他传统方法制造的小部件可以合并为一个性能更好、耐用性和功能性更高的部件。”解决方案美洲。

惠普个性化和工业业务部的一位代表表示,快速创建原型对于制造和任何设计改进的基础都很重要。“与传统方法不同,3D 打印不会产生产品设计约束——例如设计结构或形状——并且允许用户直接快速地打印原型,从而缩短了设计周期。它还允许制造商采用可以立即进行 3D 打印和测试的新概念,从而在推出新产品时节省时间。”

“打印功能适当的零件以改善整体设计和性能以及识别潜在的下游制造问题的能力具有重要价值。3D Systems, Inc. 应用开发工程师 Colin Blain 解释说:“在投入传统上与该行业相关的高成本工具之前,创建功能原型有助于零件设计的迭代过程。”

Ultimaker Americas 总裁 Gregory Elfering 将 3D 打印视为其他制造工艺的补充。“这是对生产技术组合的有益补充,可以通过创新的产品设计保持生产力和领先地位。3D 打印是电器制造商的理想选择,因为它提供了更多的设计自由度和更快的原型。”

家电制造商也依靠 AM 来快速制造备件。“最终客户的更换零件对任何制造商来说都是一个巨大的挑战。对于任何给定的系统,制造商可能需要生产、储存和管理数百个备件,这会产生高库存和运输成本,”MakerBot 工程副总裁 Michael Mignatti 分享道。

“按需 3D 打印这些部件可以显着降低成本。零件可以在数小时内打印出来并运送给客户。随着材料的进步,部件已经超越了 ABS,包括用于最终产品的功能部件,”Mignatti 继续说道。

Sharebot srl 销售经理 Laura Longoni 表示,减少库存、降低成本、加快生产速度以及减少制造过程中的副产品浪费是电器制造商使用 3D 打印机的另一个原因。

使用 3D 打印备件可为家电客户提供额外服务。“3D 打印为家电制造商提供了为客户提供额外服务的机会,他们可以通过订购特定的备件和定制零件或配件从该技术中受益,”Elfering 解释道。

在危机时期立即使用 3D 打印机很有帮助。“所有制造商在 2020 年都亲身体验到,全球大流行不仅会扰乱供应链,还会影响客户的需求和需求。3D 打印可以帮助电器制造商创建调整其生产线所需的零件,从制造真空吸尘器到呼吸器,”Elfering 补充道。

“无论制造商需要快速原型、单个物体还是想要开始批量生产,AM 都可以服务于每个领域。与注塑成型等传统生产相比,家电制造商在开始生产之前不会有高昂的设置成本或较长的交货时间,”InnovatiQ GmbH + Co KG 的营销经理 Andrea Berneker 肯定地说。

尽管 3D 打印在家电行业中非常有用,但 Mignatti 告诫说,用户在使用时必须有针对性。“生产 3D 打印部件的成本和时间仍然落后于大多数批量生产工艺,例如注塑成型。它可以成为最后一分钟更改的绝佳工具——在硬工具更新的同时打印零件可以让制造商生产并继续销售他们的产品。”

Bits and Pieces
设备零件大小都是 3D 打印的主要候选者。Blain 说,家电制造商依靠 3D 打印来制造一切,从复杂功能机制中的高精度组件到大幅面外壳零件,以及介于两者之间的一切。

“想想对由液体硅橡胶制成的工业密封件的几乎无休止的需求以及通常使用密封件的电子设备的小型化。借助 3D 打印,制造商可以快速适应市场,”伯内克指出。

根据 Tethon 3D 首席执行官 Trent Allen 的说法,可以使用 3D 打印机制造的零件的一些具体示例是小型连接器、催化转换器、散热器和热电偶。“这通过能够按需 3D 打印或小批量生产来减少库存空间。”

SLM Solutions 的这些类型的客户专注于具有改进热性能的传热设备。Sheldon 说,尤其是热交换器正在成为使用金属增材制造的主要应用。
根据 Elfering 的经验,3D 打印主要用于创建有用的生产设备和工具,但更多的零件是小批量创建的,以及定制的零件和其他配件。

例如,他指出高端家用电器和商业设备制造商 Miele。“除了使用该技术提高生产力和效率之外,它还有助于设计和重新设计产品。

此外,Miele 已经允许客户免费下载其电器的某些配件的文件,以便客户可以在本地打印它们,”Elfering 分享道。

3D 打印在制造业中的优势之一是能够创建传统技术无法构建的几何形状。“在电器中,由于这些类型的零件难以注塑成型,因此这在生产流体零件(例如歧管、管道和阀门)方面提供了巨大的好处。大多数情况下,您可以用一个 3D 打印部件替换多个不同部件的组装,这使得数字制造更快、更具成本效益,”惠普解释说。

工作中的技术
用于制造电器零件的流行工艺包括材料挤出——FDM;粉末床融合——SLS、选择性激光熔化(SLM)、直接金属打印(DMP)/直接金属激光烧结;还原光聚合——立体光刻 (SLA)、数字光处理 (DLP) 和液体 AM (LAM);粘合剂喷射——多喷射融合(MJF);和材料喷射——多喷射打印 (MJP)。

FDM
作为材料挤出类别的一部分,FDM 因其易用性、廉价性和多种材料可用性而广受欢迎。Mignatti 说,基于聚合物的工艺是内部零件和零件更换的首选。

“FDM 打印机的投资是可控的,可以打印多种材料,材料特性和质量接近注塑材料,并且可以轻松进行后处理。因此,成本效益比是最佳的,”伯内克补充道。

辛辛那提公司 AM 产品经理 Alex Restenberg 表示同意,他说 FDM 是首选,因为它易于使用并且能够为一系列应用和用途创建零件。

3DCeram Sinto, Inc. 副总裁 Peter Durcan 承认,除了 FDM 的普及之外,它还可以廉价地进入市场。他指出,它在工业应用方面可能受到限制。

据 Mignatti 称,FDM 3D 打印机可使用多种材料,例如丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 和聚碳酸酯——两者都是电器零件的可靠候选材料。高级材料(例如尼龙碳纤维)也是可能的,这会为各种具有挑战性的环境提供坚固的功能部件。

Berneker 指出,ABS 是 FDM 打印中常见的标准材料,因为它可以很好地进行后处理并且价格低廉。丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯 (ASA) 是另一种用于 FDM 的长丝。其加工和性能可与 ABS 相媲美,但 ASA 因其抗紫外线性能而脱颖而出。

“聚乳酸或 PLA 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PETG) 是流行的材料,因为它们易于打印。PETG 是一种坚韧的材料,由于它可以稍微弯曲,因此更适合用于功能部件。它还具有很高的耐化学性、耐高温性和耐磨性,使其成为工业环境的首选材料,”Elfering 分享道。

聚碳酸酯是另一种 FDM 长丝。它具有良好的机械性能,如高冲击强度和耐热性。“这种材料适用于很宽的温度范围,”伯内克说。

超越 FDM
虽然 FDM 因其易用性、成本效益和广泛的材料选择而广受欢迎,但在家电零件生产中使用的第二种流行的 3D 打印工艺是 SLS,Durcan 分享道。

根据 Polesello 的说法,SLS 正处于发展的初期。“这项技术的潜力是惊人的,因此我们预测进一步的动态增长。SLS 提供更广泛的材料范围、更好的材料特性和设计自由度。这项技术不需要任何支撑结构,并且可以打印可移动元素。”

SLS 是一种粉末床融合技术,是首选,因为它提供了良好的表面光洁度。它不是唯一提供此功能的 3D 打印类型。SLA 和 DLP(还原光聚合工艺)也是如此。

“SLS、SLA 和 DLP 更适用于需要更高精度、更高表面光洁度和光学清晰度等特性的大型组件,”Blain 解释说。

SLA 是一种基于聚合物的 3D 打印方法,Mignatti 说,由于这些机器上可实现的特征分辨率,因此可以生产高美观和精确的零件。

由于所用材料的耐用性,DLP 受到青睐。“它非常适用于各种材料中复杂、高保真组件,现在可以实际用于长期功能原型制作以及为生产零件创造机会。这主要是由于材料的长期稳定性和长期机械性能,可以更好地满足最终使用部件的要求,”Blain 解释说。

Berneker 指出 LAM 是一种与家电零件制造相关的槽光聚合工艺。“不仅可以 3D 打印液态硅橡胶,还可以 3D 打印聚氨酯等其他液态材料。其他材料也可以通过这种方式进行加工,例如环氧树脂、粘合剂、蜡或墨水。”

Sheldon 认为 SLM 是一种粉末床融合技术,正在 FDM 和 SLA 等基于聚合物的技术上取得进展。对于金属增材制造尤其如此,铝和钢材料越来越受欢迎。

“与金属的粉末床融合能够打印最终尺寸的金属部件,而无需随后的脱脂和烧结。在大多数情况下,可接受的零件会在第一次迭代中打印出来,”共享

Xact Metal, Inc. 商业运营负责人 Dave Jankowski
指出,虽然金属粉末床融合不是一种高质量或大批量的工艺,但它最适合用于原型制作;用于冲压、机械加工和机器人处理的工具;和打印小质量的定制零件。

根据 Blain 的说法,DMP 是另一种粉末床融合方法,适用于具有金属部件(原型或最终用户部件)的部件,在经济性合适的情况下。

“MJF 最适合希望加快产品开发和上市时间、制造具有一流各向同性和机械性能的最终部件以及该技术带来的可扩展性和独特生产力机会的行业,”惠普代表。

MJP 还用于功能原型制作,“因为有适用于高温应用、光学透明度以及打印用于生产金属部件的牺牲蜡图案的能力的出色材料,”Blain 补充道。

未来计划
从长远来看,Elfering 看到更多公司提供备件设计文件供客户自行打印,类似于前面提到的 Miele 示例。“通过将这些高质量文件存储在数字图书馆中,可以在需要时更轻松地在本地打印它们,从而实现即时库存系统。”

“我们看到了从原型转向更多最终用户生产部件的趋势。随着 AM 成为更受信任的主流零件制造形式,我们相信更多的最终用户零件将使用 AM 制造。此外,夹具、固定装置和其他制造辅助工具将继续在 AM 中流行,”Restenberg 表示同意。

随着 3D 打印行业的不断发展,3D 打印在制造家电零件方面的用途“将在未来不断变化和进步。我们越来越接近 3D 打印机的生产质量,这将减少时间和材料成本,”艾伦指出。

“我相信,随着材料和材料输送系统的进步,3D 打印将在未来继续发展。经济性永远是一个因素——尤其是与注塑成型等当前工艺相比时。然而,定制和拥有虚拟库存以及按需打印的能力将有助于推动 AM 作为此类产品的最终用途制造过程的采用,”Blain 总结道。

移动
3D 打印进入家电制造的步伐缓慢但稳定。越来越多的吸尘器、洗衣机和空调制造商将开始了解在内部使用按需打印的好处——无论是用于原型制作还是备件/更换部件。随着技术的进步,最终这些生产设施将在其实际生产线中以某种方式使用 3D 打印。

源文摘自:INDUSTRIAL PRINT

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