日產(chǎn)汽車的3D打印生產(chǎn)流程自動化

來源：Materialise

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

顯著減少數(shù)據(jù)準(zhǔn)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。過去,，日產(chǎn)汽車使用CAD軟件將大部件分割成小部件,，而這個(gè)過程可能需要花費(fèi)3天左右時(shí)間。現(xiàn)在他們使用Materialise Magics®軟件,，減少了50%的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間,。

“通過使用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)汽車解釋說,，“另一個(gè)有用的功能是它可以自動創(chuàng)建銷孔結(jié)構(gòu)，這使得裝配過程中的位置匹配更容易,�,！�

日產(chǎn)汽車經(jīng)歷的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，在進(jìn)行粉末燒結(jié)時(shí),，由于溫度的變化，組件在成形過程中有發(fā)生翹曲的風(fēng)險(xiǎn),。如圖3所示,，目前，日產(chǎn)汽車通過創(chuàng)建支撐結(jié)構(gòu)來規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn),。由于支撐和組件的連接可以做得非常精細(xì),，支撐結(jié)構(gòu)很容易去除,，加速了后處理過程。

圖1: 分割功能

在切平面上自動創(chuàng)建銷孔結(jié)構(gòu)

圖2: 分割功能

在分割時(shí)創(chuàng)建凸臺結(jié)合

圖3: 支撐生成功能

柱狀或其他防止變形的支撐結(jié)構(gòu)

可以在需要支撐的兩點(diǎn)間通過單擊創(chuàng)建

通過幾次點(diǎn)擊完成一個(gè)月的工作量

分割大部件后,，日產(chǎn)汽車也曾花費(fèi)大量時(shí)間設(shè)置正確的壁厚,。當(dāng)他們縮小一輛車的三維模型時(shí)，部件的壁厚相應(yīng)變薄,，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能打印,。過去他們手動改變CAD中的設(shè)計(jì)，這項(xiàng)任務(wù)需要耗費(fèi)一個(gè)月,。

“我們需要搜索超過20000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),，尋找薄壁的組件，再增加它們的壁厚,。對于任何需要3D打印來整體成型的零件,，需要花費(fèi)很多精力來填補(bǔ)原始零件之間的間隙，使零件與零件之間連接起來,�,！比债a(chǎn)汽車解釋道。

如今通過Magics軟件將這些步驟自動化,，日產(chǎn)汽車節(jié)省了大量時(shí)間
“自從我們開始使用Materialise Magics®,，諸如自動修復(fù)，檢索厚度以及零件合并等過程都可以通過單擊實(shí)現(xiàn),，大大減少了所需的工作時(shí)間（圖4）,。通過使用壁厚分析功能，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(qū)域后,，很容易改變該區(qū)域的厚度,，這是我們經(jīng)常使用的功能（圖6）�,！�

圖4: 包裹修復(fù)

自動修復(fù)和增加壁厚

圖5: 壁厚漸變分析

通過使用壁厚分析功能,，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6: 更改任意位置的厚度

選擇任意區(qū)域后（綠色區(qū)域）

粉末燒結(jié)3D打印機(jī)的自動三維擺放大大減少了工作時(shí)間

粉末燒結(jié)3D打印機(jī)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(shù)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(jī)器利用率,。

在日產(chǎn)汽車開始使用Magics燒結(jié)模塊之前,，他們使用3D打印機(jī)自帶的軟件來人工擺放部件，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(fèi)大量時(shí)間,，檢查零部件重疊的運(yùn)算也要花費(fèi)數(shù)小時(shí)（步驟3）。

步驟1

使用打印機(jī)自帶的軟件手動擺放零部件

步驟2

為了避免重疊,，部件之間會留一些間隙,，

擺放并不是最優(yōu)的

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(fù)步驟1

步驟4

開始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(yùn)行所需的時(shí)間,，我們沒法創(chuàng)建生產(chǎn)計(jì)劃，這真的困擾了我們,。如果發(fā)現(xiàn)了零部件重疊,，我們就得重新人工調(diào)整布局，再運(yùn)行一次重疊檢查,。這個(gè)問題給生產(chǎn)計(jì)劃和工時(shí)安排都帶來了麻煩,。”日產(chǎn)汽車說道,。

之后：燒結(jié)模塊支持最佳擺放,，全面提高流程效率

“如今，因?yàn)镸agics的燒結(jié)模塊能自動擺放組件并且使他們保持設(shè)定的間距,，限制擺放高度,，我們已經(jīng)無需耗費(fèi)數(shù)小時(shí)檢查重疊以及重復(fù)人工擺放工作了�,！�

Magics燒結(jié)模塊自動將部件擺放在最佳位置

立即開始3D打印

“因?yàn)闊�結(jié)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(xiàn)在可以一次打印完成,。通過增加單次加工的數(shù)量,，我們可以減少人工工時(shí)，減少打印機(jī)占用的操作時(shí)間,，如：數(shù)據(jù)準(zhǔn)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，目前整個(gè)3D打印過程都更有效率了,！”——日產(chǎn)汽車

另一種可能性：

為小且脆弱的部件生成保護(hù)盒

在考慮散熱的情況下優(yōu)化零件擺放的選項(xiàng)

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