用FDM數(shù)字化制造技術(shù)制作生產(chǎn)部件
Thermal Dynamics是Thermadyne集團(tuán)的分公司，位于西黎巴嫩的新罕布什爾州，專門從事等離子切割設(shè)備的生產(chǎn)制造。該公司擁有半個(gè)世紀(jì)的歷史，是業(yè)內(nèi)的知名企業(yè)，也是全球最大的手動(dòng)和自動(dòng)化等離子切割設(shè)備供應(yīng)商之一。
等離子切割機(jī)通過(guò)噴嘴噴射出高速氣體，在切割表面形成電弧。氣體轉(zhuǎn)化為等離子，也就是分子分解為離子的狀態(tài)。等離子熱度很高，足以熔化金屬，速度足以把金屬射出。等離子切割速度極快，因此切面非常整潔，不需要進(jìn)行清理。
等離子切割系統(tǒng)耗電量很大，因此電源會(huì)發(fā)熱。Thermal Dynamics的電源采用特殊的熱界面材料，可以有效傳熱，從而保護(hù)電子元件不受損壞。熱界面材料通過(guò)手持式氣動(dòng)泵（俗稱“膠槍”）施加到發(fā)熱元件上。
項(xiàng)目挑戰(zhàn)
裝配工人的工作是使用膠槍來(lái)施加粘性熱界面材料，這樣就需要反復(fù)地拿起、放下笨重的膠槍。粘性熱界面材料成本非常昂貴，而每次材料施加完畢后，膠槍都會(huì)泄漏少許材料，不但很難清理，還造成浪費(fèi)。生產(chǎn)人員曾經(jīng)嘗試過(guò)制作臨時(shí)固定裝置，以便膠槍更加容易使用，減少材料的泄漏，但效果并不令人滿意。
前不久，Thermal Dynamics公司的研發(fā)部購(gòu)買了Fortus FDM三維制作系統(tǒng)，專門用于注塑部件的快速原型制作。
研發(fā)部的目標(biāo)是在實(shí)際制作模具之前確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)完美無(wú)缺，從而減少模具返工的情況。
解決方案
除了使用Fortus系統(tǒng)以外，工程師還發(fā)現(xiàn)了直接數(shù)字化制造技術(shù)的潛力。Thermal Dynamics公司生產(chǎn)工程師吉爾•馬克斯基為減少膠槍材料泄漏專門設(shè)計(jì)了一個(gè)裝置，用于材料的收集和重復(fù)利用。
研發(fā)工程部負(fù)責(zé)人馬修•考畢茲建議在Fortus系統(tǒng)上使用熱塑材料制作該裝置，而不用金屬材料。
經(jīng)過(guò)考畢茲估算，如果采用傳統(tǒng)的機(jī)床制作法，用鋁制材料，費(fèi)用至少要2000美元，而且需要一個(gè)星期才能完成。而采用直接數(shù)字化制造法可以在一天之內(nèi)完成制作。最終，公司選擇了后者。他們用聚碳酸酯作為材質(zhì)，在Fortus系統(tǒng)上用17個(gè)小時(shí)就完成了全部制作工作，綜合成本為每小時(shí)20美元，總計(jì)約340美元。安裝人員對(duì)裝置整體滿意，但也提了一些建議。于是，制作人員又用了4天時(shí)間制作了六個(gè)裝置版本。考畢茲說(shuō)：“生產(chǎn)成本節(jié)省了大約1萬(wàn)美元。如果沒有FDM直接數(shù)字制造工具，可能我們根本無(wú)法在短期內(nèi)制作出這個(gè)裝置。”
考畢茲還說(shuō)：“新裝置讓膠槍更容易使用，而且減少了材料浪費(fèi)。安裝工人對(duì)新裝置非常滿意，因?yàn)樗档土斯と说墓ぷ麟y度，而且工作環(huán)境也變得比以前干凈了。”在此之后，考畢茲還用Fortus系統(tǒng)制作了其他裝置和裝配工具，其中一個(gè)是螺絲固定裝置，用于在印刷電路板上固定八個(gè)M6螺絲。這款螺絲固定裝置可以讓螺絲保持在固定位置，節(jié)省了固定螺絲的時(shí)間，并且可以避免電子元件受損。
Fortus FDM系統(tǒng)在注塑原型制作方面發(fā)揮了重要作用。考畢茲說(shuō)：“當(dāng)初決定購(gòu)買這套系統(tǒng)的時(shí)候，我們公司總裁希望在一年內(nèi)可以收回購(gòu)買成本。而實(shí)際情況是，這套系統(tǒng)使我們避免了很多模具返工的情況，根據(jù)估算，系統(tǒng)使用七個(gè)月為我們節(jié)省的開支已經(jīng)相當(dāng)于系統(tǒng)的購(gòu)買價(jià)格了。
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