现代汽车公司 (HMC) 对 3D 打印并不陌生。多年来，他们一直在使用 3D 打印进行快速原型制作，他们的研发团队已经为车间开发了多个用例。在最近与 Mindware 的合作中，HMC 想到了一个他们正在努力实现的精确应用，一种用于车辆装配线上工人的手持式灯检查工具。
在 HMC，每个车型都有数十个内部和外部灯组件，需要与车身完全齐平。为确保这一点，装配工人需要使用手持式检具来检查车身并测量间隙。这些夹具不仅用于生产线上，而且在预生产的最后阶段发挥重要作用，以评估新车型是否存在设计错误。这些检查可以防止设计错误在未被发现的情况下进入批量生产——这是一个代价高昂的纠正问题。
HMC 希望通过 3D 打印的检测夹具简化其生产过程中的检测
用 HMC 定义挑战：实现速度、精度和减轻重量
在第一次透明度研讨会上，HMC 解释说，他们希望通过 3D 打印解决传统制造的铝制夹具存在的几个问题。所需的改进包括加快交货时间、提高准确性和减轻重量。同时，他们希望保持较低的单位成本和夹具的机械强度。
交期： 原夹具三个月交期，超过了新车试生产阶段的交期。这对于关键夹具尤其成问题，需要在批量生产之前的最终测试中使用。没有按时完成，会妨碍大规模生产前的适当最终测试，并导致高风险和沉没成本。
精度： 夹具的精度为 0.15 毫米，需要将其降低到 0.1 毫米以符合批量生产标准。否则，这可能会导致检查不理想，进而导致 HMC 声誉和品牌价值的损失。
重量： 目前1.8公斤的重量太重了。工人必须以每分钟一次的速度将这个设备抬起 100 次。减轻体重是一个关键的价值驱动因素，对于与工会建立牢固的关系至关重要。
在最初的研讨会结束时，目标明确了 HMC 和 Mindware 将共同创建一个 3D 打印的检测仪，由于其精度高、重量轻，为预生产和批量生产阶段提供二合一解决方案设计和更快的交货时间。仅在几周内，就为后外灯开发了概念验证，并直接与生产线上的 HMC 工人进行了测试。
为最佳 AM 星座做出明智的选择
一旦确定了特定应用的验收标准，下一步就是确定 3D 设计、材料、AM 技术和后处理技术的最佳组合。
第一步是重新考虑量规的当前设计；以前，它是一个重达 1.8 公斤的巨大部件，有很多自重。目标是通过基于蜂窝结构的轻量化设计实现 30% 的减重，在保持部件强度的同时最大限度地减少材料用量。
随着设计理念实现减重目标，合作伙伴必须评估哪种材料、技术和精加工组合最能满足精度和强度要求。知道这些参数可以有 5 到 10 个选项，每个选项通常会导致大量选项，如果没有经验，导航是非常令人生畏的。Mindware 顾问帮助现代将选择范围缩小到仅三种可能的组合。
第一个选项 FDM/ABS 不可行，因为零件的精度不会达到 0.1 毫米。此外，在不损坏零件的情况下应用铣削等后处理技术是不可能的。然后考虑了金属 3D 打印。可以通过应用后处理技术来满足准确性，但此选项在重量和价格方面的竞争力较低。最后，选择了最有前途的路线——选择性激光烧结 (SLS) 和 PA-AF 材料的组合。
通过 SLS 打印的传统聚酰胺 (PA) 零件不够准确，并且无法使用机加工技术进行精加工。然而，通过从 PA 切换到 PA-AF（一种结合铝和聚酰胺颗粒的材料），这些 SLS 部件现在还可以通过铣削技术进行后处理，以达到所需的 0.1 毫米精度。
SLS/PA-AF/铣削组合开启了解决方案：轻巧的设计、轻质且具有成本竞争力的材料以及满足严格精度要求的后处理技术。随着设计和最佳 AM 星座的定义，我们可以进入实验阶段的下一步：设计、工程、制造和测试零件。
概念验证的成功意味着大规模夹具生产的潜力
在为期两天的现场研讨会之后，Mindware 团队返回比利时，并求助于 Materialise 的RapidFit子公司的专业知识和认证制造能力 来设计和制造功能原型。该实验突出了增材制造的一个关键优势：交货时间短。由于其数字性质，概念迭代速度加快，从而将整个开发过程从三个月缩短到一个月。工程师可以直接从灯的 CAD 文件开始，甚至将定位器功能集成到设计中以减少组装操作。
零件打印完成后，会对零件进行详细的质量检查，每扫描 15 毫米，原始铝制夹具的生产中不包括这种检查。三周后，3D 打印的检查夹具被运送到 HMC，并由他们的团队在预生产和批量生产环境中成功测试，给每天与他们一起工作的生产线工人留下了深刻的印象。
像HMC这样的全球汽车制造领导者每年都会生产数十款独特的新车，不仅需要数十种独特的灯具夹具，而且其他20个汽车零部件也需要数十种夹具。由于 Materialise Mindware 帮助他们破解了这个案例，3D 打印在他们的生产中的潜力可以为他们的业务和品牌声誉带来显着优势，同时直接有利于车间工人的健康和安全。
