自動化供應商柯馬通過3D打印優(yōu)化夾緊裝置的設計

柯馬(COMAU)是一家隸屬于菲亞特集團的全球化企業(yè)，成立于1976年，總部位于意大利都靈。柯馬為眾多行業(yè)提供工業(yè)自動化系統(tǒng)和全面維護服務，從產(chǎn)品的研發(fā)到工業(yè)工藝自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)，其業(yè)務范圍主要包括：車身焊裝，動力總成，工程設計，機器人和維修服務。

最近，通過與合作伙伴意大利都靈理工大學的合作，柯馬在通過3D打印技術來優(yōu)化自動化夾緊裝置方面有了自己的“新“得。本期，3D科學谷與谷友共同來了解自動化領域柯馬的”新“得。

原工業(yè)自動化供應商柯馬自去年7月開始攜手意大利都靈理工大學的專家（意大利最古老的技術大學之一），以及眾多技術型公司的技術團隊組成了一個工作小組。小組工作的目標是探索如何通過3D打印這樣的非傳統(tǒng)生產(chǎn)方式為大量復雜的工業(yè)部件提供新的制造解決方案。

作為測試增材制造優(yōu)勢的一個嘗試，工作小組選擇了一個頗具特點的產(chǎn)品：柯馬設備上用于夾緊焊接和裝配的夾緊裝置。柯馬每年生產(chǎn)成千上萬個不同形狀的這種夾緊裝置，每套夾緊裝置的設計都是根據(jù)要焊接的物料的形狀來設計的。小組選擇了一個由S355JR鋼材料制成的，需要三個零件組裝而成的夾緊裝置。

      

△原來的夾緊單元（左）由三個不同的組件組裝而成。通過3D打印的夾緊單元（中間，右圖）只需要一個零件，并且與原來的夾緊單元所需要的剛性相同

通過Altair的拓撲優(yōu)化軟件Inspire，小組在原來的夾緊裝置設計的基礎上進行了拓撲優(yōu)化，并且還使用了歐特克Autodesk的Shape Generator以及達索系統(tǒng)的Tosca，設計師得到了優(yōu)化的夾緊裝置設計。

△拓撲優(yōu)化后，根據(jù)力學分析的結(jié)果夾緊單元進行了重新設計

△通過仿真分析，以確保重新設計的夾緊單元在優(yōu)化過程中獲得所需要的力學性能。

新的設計，使得夾緊裝置組件的數(shù)量從三個減少到只有一個。并且，這樣的優(yōu)化結(jié)果使得夾緊裝置的重量也減少了。隨后，工作小組將夾緊裝置的材料S355JR鋼材料改成AlSi10Mg鋁合金材料，從而使得重量進一步減輕。

設計完成后采用了選擇性激光燒結(jié)（SLS）3D打印來制造。在裝配區(qū)和孔的部位還進行了特別的后處理，但由于沒有組裝的要求，所以相比于原來的設計對人工的要求并沒有增加。

新的夾緊裝置帶來了顯著的優(yōu)勢，不需要組裝的夾緊裝置比原來更耐用。并且也不需要像原來的設計那樣在加工過程中需要大余量材料去除，這帶來更少的浪費。相比于原來的設計，整個設計和制造的時間也減少了一半。而且因為不需要鑄造的工藝，這使得供應鏈也縮短了。

除了這些好處，柯馬發(fā)現(xiàn)新的設計帶來更環(huán)保的生產(chǎn)系統(tǒng)和“綠色”操作。設計的變化以及使用鋁合金減少了部分的重量，這樣的夾緊單元安裝在移動裝置上反過來又可以降低對動力功率的需要，這對于“綠色工廠”的實現(xiàn)來說是個可喜的進步。

隨后，柯馬的工作小組將對新的夾緊裝置進行在工業(yè)制造環(huán)境中的測試以確保可行性。并且還將嘗試更復雜的產(chǎn)品或那些需要耗時以及生產(chǎn)過程昂貴的組件。柯馬還在內(nèi)部研究這些可行性的設計是否能夠被推進到工業(yè)生產(chǎn)領域。

來源：3d科學谷
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