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應用案例

3D打印消費電子產品

有吸引力的設計,小巧的外形和高生產效率的三重要求,使設計消費類電子產品,尤其是具有挑戰性的。在創建原型和模型之前,憑這些產品設計圖難以準確地評估產品的外形,裝配和功能??梢娤戎谱饕粋€逼真的模型,其中包括所有的小零件和精致的細節,才最終定型、批量制造產品是必不可少的。

使用本公司三維快速成型能夠制作特別薄度為0.6mm或更小的公差為+ / -0.1毫米,特別是半透明材料,使設計師和工程師建立明確的外殼,提供了一個視圖內的設備的電子。這樣可以及早檢測發現設計中的錯誤,在紙上和計算機上,這是不可能發現的。更能縮短產品上市時間,節省修改模具,節約很多成本。

耳聽為虛,眼見為實!這句俗得不能再俗的口頭禪已成為大家判斷是非對錯的標準。因此,很多人會有疑問,3D打印的“口號”喊得震天響,但日常生活中好像沒怎么見過呀?是不是3D打印還沒真正走出“象牙塔”,依然離我們的日常消費生活存在著遙遠的距離呢?其實不然!3D打印技術與普通消費群體之間的聯系非常密切,只是你還未察覺而已。


比如,手感更好的保溫杯、騎行更輕便自行車、佩戴更舒適的眼鏡、腳部保護更好的運動鞋、私人定制的耳塞等等,其實這些日常消費品研發與測試的背后,都是3D打印技術在默默地“付出著”。因此,盡管我們并非都能在現實生活中與3D打印存在零距離接觸,但這項技術的確已逐漸滲透至消費領域的各個層面,并潛移默化地改變著人們的消費與生活方式。據知名市場研究公司Gartner預測,3D打印將使消費品行業等眾多應用領域的商業模式發生變革,截至2021年,全球前100家消費品公司中,將有20%使用3D打印來制造定制化產品。像聯合利華等成功的全球消費品牌就已經通過Stratasys3D打印技術大幅縮短了原型設計與生產時間,并實現了成本的節約。


通常而言,消費品生命周期較短,更新換代頻率高,普遍采用大規模生產與銷售的方式。但是,3D打印在產品設計與開發環節,尤其是用于設計原型的快速迭代,不僅為消費品行業帶來了設計自由,還能加快產品上市的步伐。


例如,在競爭激烈的跑鞋市場上,BrooksRunning采用3D打印加速設計迭代,驗證跑鞋設計。由于每季最少有5款新鞋設計,設計和打印能力為品牌節省了大量的外包時間和每雙鞋500-800美元的設計成本。Brooks鞋類開發師KennyKrotzer說,3D打印帶來了很多便捷,節省了設計流程中“大量的時間和讓人困擾的問題”?!拔覀兊哪繕耸菢嫿ㄊ袌錾闲阅茏詈玫漠a品,現在有了新的工具幫助我們實現這個目標?!?/p>


可見,用于多材料同時打印還能夠增加產品的功能性和價值。


Brooks利用3D打印技術制作的中底與外底原型

環顧消費品市場,有的公司還利用3D打印技術來生產個性化智能手機和平板電腦。還有一些公司甚至更進一步,生產用于電動剃刀和手機等設備的人體工學主體、外殼和備用件等。得益于能夠將3D打印與數字知識產權相結合,消費性電子產品廠商獲得了新的收益來源。由于能夠提高產品個性化水平,這種方法已經獲得了更為廣泛的應用,而且也被用于有限市場產品的小規模包裝和老舊技術的零部件生產。


總體而言,3D打印應用于消費品行業的優勢主要有以下兩點:


提升設計水平:3D打印技術可實現各種復雜設計的模型制作,賦予設計師更多自由,使產品設計水平大幅提升。此外,設計師還能忽略傳統設計制造標準,無需考慮設計的產品能否被制造出來,可在產品設計過程中就直接打印出模型,這不僅消除了外部模型制作環節,還有效防范了數據的泄漏。


節省材料與時間:3D打印材料平均利用率理論上接近100%,遠高于平均利用率僅為25%左右的傳統的“減材制造”工藝。傳統模型制造周期以天為單位,而3D打印技術則以小時為單位,且打印工作完全可以安排在夜間或者周末進行。由于產品設計和制??梢酝竭M行,所以進一步縮短了產品開發周期。


您可曾想過,一輛自行車上究竟采用了多少材料呢?剛性金屬框架、結實的橡膠輪胎、柔軟車把手握柄、有襯墊的座椅、透明或有色的鏡片……

TrekBicycle公司總部位于美國威斯康星州滑鐵盧(Waterloo,Wisconsin),其工程師和設計師對于改良騎乘體驗的“癡迷”程度可謂是遠近聞名。他們的專有碳纖維制造創新工藝,能夠生產出破記錄的超輕框架、超級空氣動力學翼面——可提供超低阻力甚至是負阻力(或推力)的獨特形狀。


Trek工程師、設計師和技術人員都全身心地投入到了自行車開發工作中。結合大量道路測試所帶來的靈感創新,再加上最先進的3D打印機,他們成功打造了最完美的騎乘體驗。


Trek的原型制作實驗室是首批采用StratasysObjet?500Connex3?彩色多材料3D打印機的實驗室之一。這種基于PolyJet技術的3D打印機可制造出觀感如同最終產品的原型,且與同類產品相比可提供更多的材料選擇和更長的正常運行時間。


Trek原型開發部門使用多材料3D打印技術制作出接近最終產品的原型

具體而言,Trek工程師能夠將柔軟橡膠類組件集成至由他們的最愛——耐用型DigitalABS?材料——所構建的模型上。這一點極其重要,因為自行車的很多零、配件都是由剛性組件和柔性組件共同構成的。


采用Connex3打印機之前,該實驗室不得不分批次制造這些零件,并且還得來回更換3D打印材料,然后再進行組裝。又或者,為了能夠在同一批次作業中制造出這些不同的零件,而不得不將剛性組件替換為耐用性較差的非復合材料。


Objet500Connex3彩色多材料3D打印機基于VeroMagenta和VeroCyan材料一次性打印自行車頭盔

Trek借助Objet500Connex3利用仿橡膠組件制作的耐用型數字ABS鏈罩

Trek原型開發團隊經理MikeZeigle表示:“我們生產的原型零件必須非常接近生產件?!币恍┨厥馇闆r下除外,像有時候,團隊僅需以三維方式呈現創意,并非對新產品進行測試,那不必這樣。工程技術人員GuadalupeOllarzabal及其團隊能夠將有限元分析數據轉化為能顯示騎行者向各區域施加壓力的自行車座3D圖。他說:“大多數人都認為他們騎車時是坐在了整個車座上,但其實不然,車座有些部位所承受的壓力比其他部位要大。而彩色3D打印的應用,可為設計師顯示出壓力分布狀況,助其做出決策,例如哪里應該設置高密度泡沫等等?!?/p>

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