日前，日產汽車公司（Nissan Motor Corporation）用3D打印技術創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，日產汽車改變了整個流程并使其更加高效。將數據準備時間從幾個月縮短到了幾秒鐘。



日產汽車的3D打印生產流程自動化



顯著減少數據準備和支撐移除的時間

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較小部件，分別進行打印。過去，日產汽車使用CAD軟件將大部件分割成小部件，而這個過程可能需要花費3天左右時間。現在他們使用Materialise Magics®軟件，減少了50%的數據準備時間。

“通過使用Materialise Magics®中的分割功能，物體可以從指定位置被分割，工作時間減半”日產汽車解釋說，“另一個有用的功能是它可以自動創建銷孔結構，這使得裝配過程中的位置匹配更容易。”

日產汽車經歷的另一個挑戰是，在進行粉末燒結時，由于溫度的變化，組件在成形過程中有發生翹曲的風險。如圖3所示，目前，日產汽車通過創建支撐結構來規避這一風險。由于支撐和組件的連接可以做得非常精細，支撐結構很容易去除，加速了后處理過程。



日產汽車的3D打印生產流程自動化

圖1: 分割功能



在切平面上自動創建銷孔結構

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圖2: 分割功能



在分割時創建凸臺結合

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圖3: 支撐生成功能



柱狀或其他防止變形的支撐結構

可以在需要支撐的兩點間通過單擊創建 通過幾次點擊完成一個月的工作量

分割大部件后，日產汽車也曾花費大量時間設置正確的壁厚。當他們縮小一輛車的三維模型時，部件的壁厚相應變薄，導致數據不能打印。過去他們手動改變CAD中的設計，這項任務需要耗費一個月。

“我們需要搜索超過20000個數據點，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，需要花費很多精力來填補原始零件之間的間隙，使零件與零件之間連接起來。”日產汽車解釋道。

如今通過Magics軟件將這些步驟自動化，日產汽車節省了大量時間

“自從我們開始使用Materialise Magics®，諸如自動修復，檢索厚度以及零件合并等過程都可以通過單擊實現，大大減少了所需的工作時間（圖4）。通過使用壁厚分析功能，可以看到每個部件的厚度，以免忽略不能被打印的薄壁部件（圖5）。此外，在選擇任意區域后，很容易改變該區域的厚度，這是我們經常使用的功能（圖6）。”



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圖4: 包裹修復



自動修復和增加壁厚

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圖5: 壁厚漸變分析



通過使用壁厚分析功能，可以看到每個部件的厚度，以免忽略不能被打印的薄壁部件



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圖6: 更改任意位置的厚度



選擇任意區域后（綠色區域）

粉末燒結3D打印機的自動三維擺放大大減少了工作時間



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粉末燒結3D打印機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間，以及優化機器利用率。

在日產汽車開始使用Magics燒結模塊之前，他們使用3D打印機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，他們再用這個自帶軟件查看零部件是否有重疊。人工擺放零部件耗費大量時間，檢查零部件重疊的運算也要花費數小時（步驟3）。



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步驟1

使用打印機自帶的軟件手動擺放零部件

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步驟2

為了避免重疊，部件之間會留一些間隙，擺放并不是最優的

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步驟3

用自帶軟件檢查重疊部件（從10多分鐘到幾小時）

*如果找到重疊部件，重復步驟1

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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行所需的時間，我們沒法創建生產計劃，這真的困擾了我們。如果發現了零部件重疊，我們就得重新人工調整布局，再運行一次重疊檢查。這個問題給生產計劃和工時安排都帶來了麻煩。”日產汽車說道。



之后：燒結模塊支持最佳擺放，全面提高流程效率

“如今，因為Magics的燒結模塊能自動擺放組件并且使他們保持設定的間距，限制擺放高度，我們已經無需耗費數小時檢查重疊以及重復人工擺放工作了。”



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Magics燒結模塊自動將部件擺放在最佳位置



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立即開始3D打印

“因為燒結模塊可以擺放零部件的同時保持正確的間距，原本不能全部擺放在加工平臺，需要分到多個平臺上的零部件現在可以一次打印完成。通過增加單次加工的數量，我們可以減少人工工時，減少打印機占用的操作時間，如：數據準備、打印時間、冷卻時間，同時降低原材料的廢棄量。這樣一來，目前整個3D打印過程都更有效率了！”——日產汽車

另一種可能性：

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為小且脆弱的部件生成保護盒