从增材制造到注塑成型:面罩防护面屏量产的快速转型实战
新冠疫情爆发时,Fast Radius团队迅速调整增材制造产能生产面罩防护面屏,至今已制造发货数千套保护一线工作者。该面屏可复用、耐用、易组装、舒适,但需求远超增材产能。
转向注塑成型的双重优势
为让产品惠及更多人,我们决定转向注塑成型。注塑在两方面提升可及性:大幅提高产量,并因材料成本更低、制造更快而显著降低单件成本。我们常为客户采用增材制造试产再过渡到注塑量产,自身案例正是利用数字化制造技术将增材产品重新设计为注塑产品的有力范例。
仿真工具驱动快速设计迭代
需在保持性能前提下大幅修改增材设计的面屏“光环”(头带)以适配注塑。我们利用Autodesk 360仿真包分析增材光环的位移变形,以此作为注塑设计刚度优化目标。通过有限元分析(FEA)识别关键设计变量,测试了外环前部的冠部与筋肋花纹。筋肋虽增加刚度,但提高冠部高度对减小位移更有效。
然而冠部加高可能导致外环与中环间刀具钢过薄(薄钢风险)。插槽厚度仅1-2毫米,冠部越高,模具所需薄钢越多,成型时越易损坏。我们需在减少薄钢风险与保持外环刚度间寻找最优冠高,通过16次仿真迭代优化,最终获得多个位移优于增材光环的设计方案。
HP多喷嘴融合(MJF)快速原型验证
从仿真概念中选取三个方案用HP MJF打印验证(原增材光环即用此技术)。通常MJF零件需冷却三天,但制造工程团队优化装箱策略,次即可拿到零件。芝加哥工厂运营团队试戴三款概念光环并与原版对比舒适度、组装易度。概念10(第三款)护面屏安装最顺畅,团队提出改进舒适度与组装便利性的建议,最终设计用于制作注塑模具。
显著成果与经验总结
从增材转向注塑将光环成本降低55%。项目初期我们应对不可预测的需求;明确可提升可及性后,仅用三天完成增材设计向注塑的转型并投产模具。团队昼夜奋战,依托仿真软件、数字化制造与敏捷工作模式实现惊人时效。疫情迫使我们在产品开发周期上更灵活,这一趋势将延续至后疫情时代。
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