日產(chǎn)汽車(chē)的3D打印生產(chǎn)流程自動(dòng)化

日前，日產(chǎn)汽車(chē)公司（Nissan Motor Corporation）用3D打印技術(shù)創(chuàng )建原型并測試新的車(chē)型。這涉及大量的人工操作，在使用了 Materialise軟件后，日產(chǎn)汽車(chē)改變了整個(gè)流程并使其更加高效。將數據準備時(shí)間從幾個(gè)月縮短到了幾秒鐘。



日產(chǎn)汽車(chē)的3D打印生產(chǎn)流程自動(dòng)化



顯著(zhù)減少數據準備和支撐移除的時(shí)間

由于加工平臺的尺寸受限，某些大的部件需要被切割成幾個(gè)較小部件，分別進(jìn)行打印。過(guò)去，日產(chǎn)汽車(chē)使用CAD軟件將大部件分割成小部件，而這個(gè)過(guò)程可能需要花費3天左右時(shí)間?，F在他們使用Materialise Magics®軟件，減少了50%的數據準備時(shí)間。

“通過(guò)使用Materialise Magics®中的分割功能，物體可以從指定位置被分割，工作時(shí)間減半”日產(chǎn)汽車(chē)解釋說(shuō)，“另一個(gè)有用的功能是它可以自動(dòng)創(chuàng )建銷(xiāo)孔結構，這使得裝配過(guò)程中的位置匹配更容易。”

日產(chǎn)汽車(chē)經(jīng)歷的另一個(gè)挑戰是，在進(jìn)行粉末燒結時(shí)，由于溫度的變化，組件在成形過(guò)程中有發(fā)生翹曲的風(fēng)險。如圖3所示，目前，日產(chǎn)汽車(chē)通過(guò)創(chuàng )建支撐結構來(lái)規避這一風(fēng)險。由于支撐和組件的連接可以做得非常精細，支撐結構很容易去除，加速了后處理過(guò)程。



日產(chǎn)汽車(chē)的3D打印生產(chǎn)流程自動(dòng)化

圖1: 分割功能



在切平面上自動(dòng)創(chuàng )建銷(xiāo)孔結構

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圖2: 分割功能



在分割時(shí)創(chuàng )建凸臺結合

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圖3: 支撐生成功能



柱狀或其他防止變形的支撐結構

可以在需要支撐的兩點(diǎn)間通過(guò)單擊創(chuàng )建 通過(guò)幾次點(diǎn)擊完成一個(gè)月的工作量

分割大部件后，日產(chǎn)汽車(chē)也曾花費大量時(shí)間設置正確的壁厚。當他們縮小一輛車(chē)的三維模型時(shí)，部件的壁厚相應變薄，導致數據不能打印。過(guò)去他們手動(dòng)改變CAD中的設計，這項任務(wù)需要耗費一個(gè)月。

“我們需要搜索超過(guò)20000個(gè)數據點(diǎn)，尋找薄壁的組件，再增加它們的壁厚。對于任何需要3D打印來(lái)整體成型的零件，需要花費很多精力來(lái)填補原始零件之間的間隙，使零件與零件之間連接起來(lái)。”日產(chǎn)汽車(chē)解釋道。

如今通過(guò)Magics軟件將這些步驟自動(dòng)化，日產(chǎn)汽車(chē)節省了大量時(shí)間

“自從我們開(kāi)始使用Materialise Magics®，諸如自動(dòng)修復，檢索厚度以及零件合并等過(guò)程都可以通過(guò)單擊實(shí)現，大大減少了所需的工作時(shí)間（圖4）。通過(guò)使用壁厚分析功能，可以看到每個(gè)部件的厚度，以免忽略不能被打印的薄壁部件（圖5）。此外，在選擇任意區域后，很容易改變該區域的厚度，這是我們經(jīng)常使用的功能（圖6）。”



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圖4: 包裹修復



自動(dòng)修復和增加壁厚

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圖5: 壁厚漸變分析



通過(guò)使用壁厚分析功能，可以看到每個(gè)部件的厚度，以免忽略不能被打印的薄壁部件



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圖6: 更改任意位置的厚度



選擇任意區域后（綠色區域）

粉末燒結3D打印機的自動(dòng)三維擺放大大減少了工作時(shí)間



日產(chǎn)汽車(chē)的3D打印生產(chǎn)流程自動(dòng)化



粉末燒結3D打印機的操作效率最重要的影響因素是部件擺放，要求一次擺放最大數量的部件并限制零件擺放高度。這樣可以減少材料成本和加工時(shí)間，以及優(yōu)化機器利用率。

在日產(chǎn)汽車(chē)開(kāi)始使用Magics燒結模塊之前，他們使用3D打印機自帶的軟件來(lái)人工擺放部件，盡量讓零部件不接觸彼此，限制高度（步驟1、2）。

然后，他們再用這個(gè)自帶軟件查看零部件是否有重疊。人工擺放零部件耗費大量時(shí)間，檢查零部件重疊的運算也要花費數小時(shí)（步驟3）。



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步驟1

使用打印機自帶的軟件手動(dòng)擺放零部件

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步驟2

為了避免重疊，部件之間會(huì )留一些間隙，擺放并不是最優(yōu)的

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步驟3

用自帶軟件檢查重疊部件（從10多分鐘到幾小時(shí)）

*如果找到重疊部件，重復步驟1

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步驟4

開(kāi)始3D打印

“這不僅延遲了3D打印的使用，而且由于不知道軟件運行所需的時(shí)間，我們沒(méi)法創(chuàng )建生產(chǎn)計劃，這真的困擾了我們。如果發(fā)現了零部件重疊，我們就得重新人工調整布局，再運行一次重疊檢查。這個(gè)問(wèn)題給生產(chǎn)計劃和工時(shí)安排都帶來(lái)了麻煩。”日產(chǎn)汽車(chē)說(shuō)道。



之后：燒結模塊支持最佳擺放，全面提高流程效率

“如今，因為Magics的燒結模塊能自動(dòng)擺放組件并且使他們保持設定的間距，限制擺放高度，我們已經(jīng)無(wú)需耗費數小時(shí)檢查重疊以及重復人工擺放工作了。”



日產(chǎn)汽車(chē)的3D打印生產(chǎn)流程自動(dòng)化

Magics燒結模塊自動(dòng)將部件擺放在最佳位置



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立即開(kāi)始3D打印

“因為燒結模塊可以擺放零部件的同時(shí)保持正確的間距，原本不能全部擺放在加工平臺，需要分到多個(gè)平臺上的零部件現在可以一次打印完成。通過(guò)增加單次加工的數量，我們可以減少人工工時(shí)，減少打印機占用的操作時(shí)間，如：數據準備、打印時(shí)間、冷卻時(shí)間，同時(shí)降低原材料的廢棄量。這樣一來(lái)，目前整個(gè)3D打印過(guò)程都更有效率了！”——日產(chǎn)汽車(chē)

另一種可能性：

日產(chǎn)汽車(chē)的3D打印生產(chǎn)流程自動(dòng)化

為小且脆弱的部件生成保護盒