日产汽车的3D打印生产流程自动化

日前，日产汽车公司（Nissan Motor Corporation）用3D打印技术创建原型并测试新的车型。这涉及大量的人工操作，在使用了 Materialise软件后，日产汽车改变了整个流程并使其更加高效。将数据准备时间从几个月缩短到了几秒钟。



日产汽车的3D打印生产流程自动化



显著减少数据准备和支撑移除的时间

由于加工平台的尺寸受限，某些大的部件需要被切割成几个较小部件，分别进行打印。过去，日产汽车使用CAD软件将大部件分割成小部件，而这个过程可能需要花费3天左右时间。现在他们使用Materialise Magics®软件，减少了50%的数据准备时间。

“通过使用Materialise Magics®中的分割功能，物体可以从指定位置被分割，工作时间减半”日产汽车解释说，“另一个有用的功能是它可以自动创建销孔结构，这使得装配过程中的位置匹配更容易。”

日产汽车经历的另一个挑战是，在进行粉末烧结时，由于温度的变化，组件在成形过程中有发生翘曲的风险。如图3所示，目前，日产汽车通过创建支撑结构来规避这一风险。由于支撑和组件的连接可以做得非常精细，支撑结构很容易去除，加速了后处理过程。



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图1: 分割功能



在切平面上自动创建销孔结构

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图2: 分割功能



在分割时创建凸台结合

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图3: 支撑生成功能



柱状或其他防止变形的支撑结构

可以在需要支撑的两点间通过单击创建 通过几次点击完成一个月的工作量

分割大部件后，日产汽车也曾花费大量时间设置正确的壁厚。当他们缩小一辆车的三维模型时，部件的壁厚相应变薄，导致数据不能打印。过去他们手动改变CAD中的设计，这项任务需要耗费一个月。

“我们需要搜索超过20000个数据点，寻找薄壁的组件，再增加它们的壁厚。对于任何需要3D打印来整体成型的零件，需要花费很多精力来填补原始零件之间的间隙，使零件与零件之间连接起来。”日产汽车解释道。

如今通过Magics软件将这些步骤自动化，日产汽车节省了大量时间

“自从我们开始使用Materialise Magics®，诸如自动修复，检索厚度以及零件合并等过程都可以通过单击实现，大大减少了所需的工作时间（图4）。通过使用壁厚分析功能，可以看到每个部件的厚度，以免忽略不能被打印的薄壁部件（图5）。此外，在选择任意区域后，很容易改变该区域的厚度，这是我们经常使用的功能（图6）。”



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图4: 包裹修复



自动修复和增加壁厚

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图5: 壁厚渐变分析



通过使用壁厚分析功能，可以看到每个部件的厚度，以免忽略不能被打印的薄壁部件



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图6: 更改任意位置的厚度



选择任意区域后（绿色区域）

粉末烧结3D打印机的自动三维摆放大大减少了工作时间



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粉末烧结3D打印机的操作效率最重要的影响因素是部件摆放，要求一次摆放最大数量的部件并限制零件摆放高度。这样可以减少材料成本和加工时间，以及优化机器利用率。

在日产汽车开始使用Magics烧结模块之前，他们使用3D打印机自带的软件来人工摆放部件，尽量让零部件不接触彼此，限制高度（步骤1、2）。

然后，他们再用这个自带软件查看零部件是否有重叠。人工摆放零部件耗费大量时间，检查零部件重叠的运算也要花费数小时（步骤3）。



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步骤1

使用打印机自带的软件手动摆放零部件

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步骤2

为了避免重叠，部件之间会留一些间隙，摆放并不是最优的

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步骤3

用自带软件检查重叠部件（从10多分钟到几小时）

*如果找到重叠部件，重复步骤1

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步骤4

开始3D打印

“这不仅延迟了3D打印的使用，而且由于不知道软件运行所需的时间，我们没法创建生产计划，这真的困扰了我们。如果发现了零部件重叠，我们就得重新人工调整布局，再运行一次重叠检查。这个问题给生产计划和工时安排都带来了麻烦。”日产汽车说道。



之后：烧结模块支持最佳摆放，全面提高流程效率

“如今，因为Magics的烧结模块能自动摆放组件并且使他们保持设定的间距，限制摆放高度，我们已经无需耗费数小时检查重叠以及重复人工摆放工作了。”



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Magics烧结模块自动将部件摆放在最佳位置



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立即开始3D打印

“因为烧结模块可以摆放零部件的同时保持正确的间距，原本不能全部摆放在加工平台，需要分到多个平台上的零部件现在可以一次打印完成。通过增加单次加工的数量，我们可以减少人工工时，减少打印机占用的操作时间，如：数据准备、打印时间、冷却时间，同时降低原材料的废弃量。这样一来，目前整个3D打印过程都更有效率了！”——日产汽车

另一种可能性：

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为小且脆弱的部件生成保护盒