过去数十年中,传统制造工艺定义了我们的设计准则。增材制造作为一种新的制造工艺,与传统的切削工艺、模具工艺等相比具有独特的工艺优势,增材制造(3D打印)重新定义了我们过去所熟知的这一切,举例来说,当采用增材制造加工时,孔不一定要是圆的,可以是方形、菱形、异形甚至渐变的,孔路不一定要是直的,可以是随形的,具体取决于功能需求,简言之,采用增材制造加工时,零件的结构将由功能而不是由工艺决定。只有基于增材制造(3D打印)进行设计,才能充分发挥增材制造的工艺优势,从而降低制造成本,提升零件/产品性能。我们基于增材制造的工艺特点,为客户提供增材设计服务,既可以针对现有零部件进行优化设计,也可以从基本功能需求出发,与客户一起从“零”开始设计产品。
客户已完成零部件的设计和3D建模,考虑采用增材制造(3D打印)技术进行加工。但是当前的设计是基于传统工艺的,并不能发挥增材制造的工艺优势,我们将基于增材制工艺重新评估图纸,与客户一起对当前设计进行优化。
● 轻量化设计,传统减材切削工艺的目标是尽量减少去除的材料,而增材制造的工艺目标是尽量减少增加的材料。
● 零件功能整合
● 减少零件数量
● 性能优化
案例中零件的作用是为一组打印喷头(2个)提供冷却空气,原始设计基于模具工艺进行设计,共有6个注塑件,需要6套模具,并需要五金件、密封件进行组装。
针对该零件的现有设计进行增材设计,将6个零件整合为1个零件,不再需要组装,并且简化了供应链。
单单零件整合已经带来了很大的价值,我们还可以更进一步,对零件的功能进行优化,通过CFD优化设计,获得最优化空气动力学结构,冷却性能提升20%,并且两个喷头的空气分配更加均匀。
客户提出基本功能需求,此时只有一个idea或者概念草图,我们将基于增材制造工艺,从基本功能需求出发,从“零”开始,与客户一起协作,结合客户的垂直行业知识进行设计,最终获得的设计将充分发挥增材制技术的工艺优势,并完全实现客户的基本功能需求,然后利用增材制造技术直接制造。
本案例开发一个定制化的EOAT,安装在并联机器人的末端,用于在自动化包装线上抓取塑料包装袋,从一开始就确定将增材制造做为最终的制造工艺。机器人负载和物料重量为既定信息,要求EOAT尽量轻以实现设定的工作节拍。
充分发挥增材制造的工艺优势从零开始进行设计,将空气管路集成在结构中,尽量减少接头的数量,并运用拓扑优化,只在需要的位置留下材料,以最少的材料实现最大的刚度。
最终基于增材制造设计的EOAT,重量仅为317克,完全满足节拍要求;零件数量少,装配简单;并且集成了一个快拆机构,可以实现不同包装EOAT的快速更换,提升生产效率。