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塑料3D打印或将迈过量产门槛,中国化工网,okmart.com
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塑料3D打印或将迈过量产门槛
2021年12月07日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

根据AMPOWER市场研究,2020年全球聚合物(塑料)3D打印的整体市场规模为51.4亿欧元(约402亿人民币),预计2025年包括聚合物3D打印系统、材料及零件生产在内的整体塑料3D打印市场规模将达105亿欧元(约822亿人民币)。


近年来,粉末床、光聚合、材料挤出与材料喷射这四大类聚合物3D打印工艺取得了不同程度的发展。在3D打印材料、设备及面向大批量生产的增材制造服务商与富有创新力的终端用户等企业的共同推动下,塑料3D打印技术呈现出明显的超越原型,走向最终零部件生产的发展趋势,尤其是在小批量生产和复杂零部件规模化生产中发挥着日益重要的作用中国化工网okmart.com


3D打印与创新基因的结合


自行车制造商Specialized在过去的25年中,在产品研究和创新方面投入了大量资金,目标是改善骑手的骑行体验。然而,传统生产技术和材料(尤其是泡沫材料)为产品创新带来的可能性在某些时候已出现瓶颈,这种情况在Specialized希望在自行车的舒适性和骑手稳定性方面进一步提升时尤为明显。


3D打印技术帮助Specialized打破了瓶颈。在这个转折点上,Specialized开始探索通过增材制造-3D打印实现产品的自由设计、快速开发,以及进行最终产品的生产。Specialized对于3D打印技术的应用分为两个阶段,第一个阶段是通过3D打印技术进行新设计原型开发,显著缩短开发周期,第二个阶段是通过3D打印技术进行最终产品的直接生产。


大约在2016年,Specialized购买了第一台 Carbon(恺奔)公司 M1 3D打印机,用于原型设计和测试。该设备基于Carbon数字光处理(Digital Light Synthesis™, DLS™)增材制造工艺。引入这台设备后,Specialized自行车零件的研发速度有了颠覆性改变。Specialized能够利用3D打印技术将自行车鞍座的整体开发周期从典型的18-23个月,缩短到13个月。


同样是在2016年,Carbon与裕克施乐(OECHSLER)建立了合作伙伴关系,基于Carbon数字光合成™(Carbon DLS™)3D打印技术开发可扩展生产流程,为一全球著名体育用品品牌规模化生产不同3D打印体育用品零件。裕克施乐建立起大规模塑料零件增材制造的产能,其位于德国、美国和中国(太仓)的全球生产基地拥有150多台3D打印机,自2019年以来,每年生产超过100万个3D打印零件。


时至2020年,Specialized与裕克施乐都在DLS™ 3D技术方面积累了深厚的专业知识。双方以“打造最舒适的性能自行车鞍座”为目标,展开了合作。Specialized基于Carbon的3D打印技术,开发了一种Mirror技术驱动的S-Works 创新产品,基于增材制造思维的设计将产品功能扩展到了前所未有的水平。怀着进一步突破的愿景,Specialized在近期又推出了采用Mirror技术的下一代自行车座产品S-Works Romin Evo。

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■该产品的创新是Specialized、Carbon和裕克施乐之间密切合作的结果,代表着独特的骑行体验。当三家公司在2020年下半年走到一起之后,解决了S-Works Romin Evo自行车鞍座从开发到增材制造批量生产过程中存在的挑战。


从快速研发迭代到批量生产,赋能附加值创造


S-Works Romin Evo自行车座的开发,首先需要分析骑行测试人员的反馈,从压力测试中收集数据,并使用以前开发过程的结果。Carbon和裕克施乐的工程师将这些转化为技术规范。

新产品设计阶段的时间非常有限,但合作团队基于 DLS™ 3D打印技术,在设计阶段开发和测试了14种不同的设计,短迭代周期使得设计部门能够收集大量数据,在一个典型的设计迭代循环中,包括测试、收集和分析数据,并将这些体现在设计迭代中,平均21天。


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■S-Works Romin Evo 3D打印车座与传统泡沫车座压力图对比


实现新产品研发的快速迭代,仅是合作团队实现的目标之一。另一个重要任务是利用增材制造设计思维,改变骑行车鞍座的设计,带来新一代的创新产品。S-Works Romin Evo是为高性能自行车市场而开发的,必须满足骑手感知舒适度、骨盆稳定性和软组织健康方面的最高水平。座椅舒适度差会导致受伤和擦伤,从而直接影响骑车人的表现。


显然,Specialized需要的并不仅是一款自行车鞍座,还有该产品为骑手带来的附加值。Specialized、Carbon和裕克施乐更深层的合作,正是为自行车最终用户创造全新的骑行体验。

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■这款自行车鞍座的核心技术是3D打印晶格点阵结构,该结构的阻尼和能量恢复特性可通过晶格的几何形状,2万2千个晶格连杆的厚度及晶胞尺寸进行编程来得以实现


凭借3D打印技术能够制造复杂结构的优势,S-Works Romin Evo自行车座中的不同区域具有不同的3D打印晶格结构,从而具有不同的阻尼特性并带来更好的舒适性。


根据裕克施乐的数据,总体而言,与传统泡沫材料相比,自行车座压力降低了18%-26%。从S-WorksRomin Evo自行车座长260mm,宽143mm或155mm,重190g。产品设计原型确定之后,将进入到产品批量生产阶段。裕克施乐基于最终的设计原型优化了用于批量制造的3D打印文件,以在不影响性能和设计的情况下提高产量、加快生产并减少对环境的影响。


为了实现S-Works Romin Evo自行车座的哑光外观,需要对3D打印车座再进行后处理。裕克施乐的工艺专家针对这一需求,在四个月内开发与验证了一种基于激光的超轻后处理工艺。


在裕克施乐加入S-Works Romin Evo 3D打印自行车座的开发项目之后,从确定设计原型到产业化时间为六个月,总共在十个月内完成了从设计到增材制造批量生产。


高品质消费品创新的更多期待


以上案例中的Specialized是一家致力于在其产品的所有方面为其自行车用户创造价值的企业。创新是Specialized基因的一部分,在此过程中,他们不断突破传统制造技术的界限,并在自行车市场设立新标准。

以增材制造-3D打印技术作为产品创新及制造方式,在创新思维、供应链转型、工艺本身仍存在挑战。道阻且长,行则将至。无论是自行车座,还是其他体育器械,汽车内饰,家具,高端美妆产品包装……增材制造与消费品制造商的创新基因相结合,在制造具有更高性能、更高品质或者前所未有的创新产品领域的潜力值得期待。


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