Laboratory Technologies Inc. (LTI)是一家領先的實驗室輻射儀器制造商，自1983年以來，它一直為美國及海外實驗室提供輻射儀器。LTI主要服務于全球包括核實驗室在內的專業化小型實驗室。
在以往的生產過程中，LTI的產品采用的是機械加工模式，由于制作技術的原因，產品在進行設計時遇到一些限制，導致一些較為復雜的線條設計難以實現。為了控制生產成本，不再單純依靠昂貴的機械加工工藝，在綜合考慮之后，LTI決定嘗試采用3D打印技術，代替高成本的機械制造。
高成本的金屬加工，限制了產品設計
LTI的口碑產品包括Genesys 100系列、Gamma 1 Single Well系列的伽馬計數儀，以及Wiper系列擦拭測試計數器。
計數器外殼的制作相對簡單，只需將一整塊冷軋鋼切割成設計的形狀和尺寸即可。但探測器的制作卻較為復雜。為了保護探測器中心晶體參數不被損毀，需要在外圍設置一層保護裝置。制作保護裝置首先需要對實心鋼管進行打孔，制作出完全貼合中心晶體尺寸與輪廓的中空結構。其次，為了保障密封性，在鋼管的另一端還需要再焊接一塊鋼板。從機械加工工藝來說，制作這種結構復雜的零件難度較大，需要用到的工具較多，因此加工成本也較高。
3D打印技術擴寬了設計的自由度
為了控制生產成本，不再單純依靠昂貴的機械加工工藝，在綜合考慮之后，LTI決定嘗試采用3D打印技術，代替高成本的機械制造。經過對比與測試不同3D打印品牌產品后，LTI最終選購了Raise3D 上海復志的 Pro2 Plus大尺寸3D打印機。
Pro2 Plus的電動升降雙噴頭擠出系統，支持打印復雜的機械部件。大尺寸打印倉，可以實現大尺寸零件的一次性打印。同時，Pro2 Plus最高溫度可達300℃的加熱能力，可以兼容多種打印材料。
在對不同材料以及品牌進行試驗后，LTI最終發現Polymaker PolyMax PC材料是最合適用作其產品的3D打印材料。
在選擇了合適的3D打印設備以及線材后，LTI利用3D打印定制化的優勢，制作出從前用鋼鐵難以實現的復雜設計。例如，將外部加強板傳統的直角設計改為更為現代化的圓角設計。
當LTI將3D打印部件與原本機械工藝生產的部件進行比較時，他們發現圓角設計不僅美化了外觀，還在一定程度上增加了產品的安全性，可以避免直角在發生沖撞磕碰時造成的傷害。
在傳統的機械加工工藝中，制作圓角設計需要使用到大量的刀架操作技術以及更先進的解決方案，因此難以實現，同時，成本也更高。這就是為什么LTI在產品設計方面一直受限的原因，但在引進3D打印技術之后，這個問題得到了解決。產品設計師可以設計出更美觀，性能更強大的產品。
舊版計數器外形設計（左） vs 新版外形設計（右）
由于3D打印幾乎能夠實現任何形狀的打印，且無需更換額外的制作工具，這使得LTI的產品開發過程變得更加順暢。無論是產品的外殼還是組裝槽，抑或是通風口等帶有功能性的特征，都可以使用CAD軟件精確制作出數字模型，然后再使用3D打印機制作完成。
3D打印機制作的備件成品
在這個零件開發高速更新換代的年代，能實現定制化制作的Raise3D打印機不僅可以完成各種復雜設計的生產，同時還具有良好的用戶體驗。Raise3D Pro2 Plus雖然可以實現大尺寸打印，但機器整體的尺寸卻并不龐大，無需占用過大的空間，可以置放在任何空間。正如LTI將其置放在生產線旁邊，以方便工程師在打印過程中更好的觀察生產過程，及時檢查生產中或許會出現的問題。
辦公室中正在運行的Raise3D打印機
切片軟件ideaMaker可將打印過程“最優化”
LTI利用Raise3D的切片軟件ideaMaker中多參數可調的特性，對自己模型的打印過程進行靈活的優化，尤其在實現最佳的外觀質量和尺寸精度方面。LTI從ideaMaker的模板庫中選擇了0.1mm層高的選項，高精度的設置可以使產品尺寸更精確，外觀也相對更細膩。
在保持尺寸精度的同時，LTI充分利用了ideaMaker中可隨意調配材料配置文件的優點，通過優化打印參數，可以降低材料的收縮率。因為熱脹冷縮的原理，噴嘴擠出線寬的實際值和理論值存在差異，ideaMaker則允許用戶從多個角度來控制材料的擠出過程，來控制打印過程。通過控制打印參數來改善實際模型的效果。
選擇合適打印材料的重要性
在測試了不同的3D打印材料后，LTI發現聚碳酸酯(PC)是制作其產品的最佳選擇。但在測試不同品牌的PC材料時，LTI發現并不是所有的PC線材的表現性能都相同。在經過反復測試之后，LTI最終選擇了Polymaker PolyMax PC作為自己產品的3D打印線材。
在現有的工業級3D打印線材中，PC因其優異的抗沖擊性能和高剛度成為具有良好力學性能材料的首選。PC打印件可以吸收沖擊，防止產品變形或開裂。除了PC本身的這些特性外，作為Raise3D開放式耗材項目(OFP)之一的Polymaker PolyMax PC能更好的適應Raise3D打印設備，易于擠出，表現性穩定，不易發生曲翹。LTI發現，3D打印的PC部件不僅和原來的冷軋鋼具有同樣的高抗沖擊性，PC的密度還遠遠低于冷軋鋼。
由Polymaker PolyMax PC打印的功能汽車千斤頂
除此之外，對于伽馬計數器和Wiper的擦拭測試計數器來說，UL防火等級很重要。Polymaker PolyMax PC還具有良好的阻燃性。
3D打印件的后處理
在獲得打印件后，LTI還需要對其進行后處理，使成品表面更光滑，美觀。后處理步驟主要為：用砂紙對打印件初步打磨5-10秒，以消除表面毛刺。然后再在外部表面涂上底漆，以填補打印機擠壓造成的小角落和裂縫。待漆面干燥后，用砂紙輕輕打磨30-60秒，再擦拭干凈。最后，在表面涂上一層錘打漆，經過這樣的后處理后，整個成品帶有金屬質感。
后期處理前（左）vs 后處理后（右）
3D打印有助于提高產品質量，降低生產成本
經過幾個月的開發，LTI通過3D打印技術實現了產品優化。通過重新設計結構，使用Polymaker PolyMax PC打印制作的新外部加強板與原本的冷軋鋼一樣堅固，但重量卻輕了9.5公斤。原因是PC的密度只有1.2克/cm3，而冷軋鋼的重量是7.8克/cm3。PC材料足足輕了6倍之多。在生產成本方面，使用3D打印后，LTI將成本減少到了原有的1/4，其中，材料成本更是縮小到原本的6%。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
