09
Aug 2024
用於機械設計的金屬3D列印
完成目標任務的複雜機械組件的設計和生產需要廣泛的開發，以確保產生一致結果的高效運行。
這些系統設計用於從食品加工到包裝的各種行業，還需要易於維修，因為組件會磨損並且易於維護，以確保符合安全標準。
為了簡單、速度以及最重要的成本，機器設計人員努力使用盡可能多的現成組件。然而，為了確保手頭任務的最佳性能，通常必須定制零件。然而，與其他製造部門相比，機器設計需要相對較小的產量，如果沒有大批量來降低單位成本，則工具投資將變得繁瑣。
定制零件通常採用 CNC 加工或鑄造，這兩種工藝都可能既昂貴又耗時。有限的機加工車間資源和臨時工程 (NRE) 時間來創建定制工件夾具以及創建模具來加工鑄造模型會導致顯著增加成本和交貨時間。這些由傳統方法造成的製造延遲意味著創新被扼殺，因為迭代可以大大延長產品開發生命週期。
對於已經在現場使用的設備，需要按需備件以在組件磨損時保持生產線運行。公司需要能夠快速製造替換零件以使機器恢復運行，同時保持較低的零件成本並避免倉儲成本。
增材製造極大地簡化了創建定制零件的過程。因為它不依賴於工具或夾具，數字文件的 3D 列印允許用戶以比機械加工或鑄造更快的周轉速度和更低的成本逐層構建零件。用於機械和加工設備的金屬 3D 列印是快速原型製作、滿足市場需求的柔性製造以及按需備件生產的理想解決方案。
該技術還為幾何形狀更複雜的零件打開了大門，例如內部冷卻通道或合併組件。增材製造的設計自由度可以將多個零件組合成更少的多功能組件，從而簡化製造和/或提高效率。
免工具設計還意味著這些複雜零件可以進行定制設計，從而更適合特定應用。以食品加工設備行業為例，以調整後的角度建造的定制支架可以更好地防止在特定種類的魚的剝皮操作過程中發生堵塞。由於傳統製造方法所需的工具成本，此類迭代或定制通常是不合理的。金屬 3D 列印改變了這個等式的數學。
金屬 3D 列印還簡化了替換零件的生產，使公司能夠隨時隨地列印出他們需要的零件。通過按需金屬增材製造實現的數字庫存策略顯著降低了倉儲成本和停機時間。
[組裝整合]
上面的滾柱絲槓用於線性執行器中，用於打開和關閉蒸汽發電廠中的先導閥。雖然通常由七個部分組成，但 Studio System 可以將組件整合為一個組件。
為了簡化許多機器的製造，許多組件都是由易於製造的零件製成的，這些零件要麼用緊固件固定在一起，要麼焊接在一起。然而，積層製造允許將多個零件整合到一個組件中並作為一個零件構建，從而降低成本並提高效率。
[功能原型製作]
上面的蝸輪減速器的前法蘭允許連接不同尺寸的電機。當減速器批量生產時，法蘭將被鑄造，並通過多次機加工完成。通過使用 Studio System 的金屬 3D 列印進行原型製作，法蘭可以在高負載條件下快速製作原型並進行功能測試，以確定具有最佳性能的設計，而無需為每次迭代創建鑄造模具和模型的高投資成本。
鑄造、鍛造和金屬射出成型等製造方法是大規模生產的理想選擇，但高成本和長交貨期使它們成為原型製作或小批量生產的不佳選擇。金屬 3D 列印部件通常無需工具即可達到與那些大規模生產方法相同的質量，從而節省大量時間和金錢。由於增材製造消除了對工具的需求，因此可以輕鬆快速地列印、測試零件，並根據需求列印新的變體。
[更快的機器開發]
上面的定制聯軸器在兩個旋轉部件之間傳遞動力。其複雜的細節難以加工，但可以通過金屬 3D 列印輕鬆生產。通過打印這部分，設計師能夠在不改變任何工具的情況下創建多個功能原型，從而可以在短短一周內測試各種設計。一個具有最佳幾何形狀的零件很快被選中用於批量生產。Studio System 上的 3D 列印迭代大大加快了開發週期並降低了單次成本，從而使機器能夠更快地推向市場。
產品開發需要時間和金錢，而金屬 3D 列印可幫助設計師快速響應市場趨勢。3D 列印通過更本地化的供應鏈提供更接近最終用戶的可重複生產，從而支持分散式製造策略。從數字文件構建而無需在國外外包工具或設置複雜的加工刀具路徑意味著產品的測試效率要高得多。
[按需製作]
金屬 3D 列印允許製造靈活性和按需生產能力，無需工具投資或設置時間即可在同一台機器上生產合格的備件或設計迭代。積層製造讓設計人員可以更自由地關注特定應用的性能、空間和材料，而不是可製造性，然後將這些設計存儲在數字庫存中，以根據需要生產備件，而無需倉庫成本。
下圖所示的傳感器支架用於在跑步機上進行測量時固定多個傳感器。複雜的幾何形狀和所需的體積使其成為金屬 3D 列印的理想候選材料。該零件是根據需要在車間系統上列印的，極大地減少了製造交貨時間和零件成本，並且只需上傳新的設計文件進行列印即可進行任何設計更改。
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