「非凡士3D打印案例」3D打印技術(shù)簡化了智能馬桶原型制作流程

Numi 作為科勒的高端一體式智能馬桶之一，可以讓用戶根據(jù)個(gè)人喜好調(diào)整不同的體驗(yàn)感，從四周有色光源照明到無線 Bluetooth® 音樂同步功能，再到加熱座椅。科勒計(jì)劃于今年發(fā)布 Numi 2.0，它無需雙手操控，并且能提供個(gè)性化的清潔功能及卓越的節(jié)水性能。通過嵌入 Amazon Alexa，用戶還可以通過語音激活多種功能，例如查看天氣和閱讀新聞。

所有這些讓人眼前一亮的功能雖然能讓消費(fèi)者滿意，但卻給設(shè)計(jì)師和工程師帶來了許多挑戰(zhàn)。智能馬桶的內(nèi)部設(shè)計(jì)極為復(fù)雜，馬桶擁有數(shù)十個(gè)嵌入式傳感器和 600 多個(gè)組件，設(shè)計(jì)上的微小變化可能導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目的重大修改。在這款全球最智能的馬桶面世之前，設(shè)計(jì)師需要進(jìn)行無數(shù)次迭代，有時(shí)需要在傳感器上做一些微調(diào)，有時(shí)需要修改整個(gè)方案以適應(yīng)功能的調(diào)整。為了驗(yàn)證概念，科勒曾將原型的 CNC 生產(chǎn)任務(wù)外包，但整個(gè)過程十分耗時(shí)，尤其是報(bào)價(jià)和談判，這一直是個(gè)大問題。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通常需要等待超過一個(gè)星期，這導(dǎo)致設(shè)計(jì)師很難進(jìn)行及時(shí)的修改，從而推遲了上市的時(shí)間。作為行業(yè)的創(chuàng)新先驅(qū)，科勒當(dāng)然不想讓消費(fèi)者們苦苦等待（也不想留給競爭對手追趕的時(shí)間）。

在考慮如何能加快原型制作的過程中，科勒將其目光投向了3D打印——工業(yè) 4.0 時(shí)代的明星技術(shù)。作為上海研發(fā)中心負(fù)責(zé)新產(chǎn)品開發(fā)和測試EMC-Lab 經(jīng)理，林云志先生先后考慮了 SLS 和SLA 等多種技術(shù)。然而，由于團(tuán)隊(duì)成員想要一個(gè)適合在辦公室中使用的系統(tǒng)，他們縮小了選擇范圍，最終確定了非凡士的解決方案。最后，林先生決定從非凡士引入兩套系統(tǒng)來應(yīng)對挑戰(zhàn)：Stratasys F900和 Connex3 Objet 500。

從功能測試到零件生產(chǎn)科勒應(yīng)用工程師陳玲女士將這兩套系統(tǒng)分別用于設(shè)計(jì)和原型制作階段，以滿足不同目的。在需要打印大型零件（如馬桶座圈）時(shí)，F(xiàn)900 尤為有用，因?yàn)樗�的打印尺寸大，并且可以打印制造級材料。陳女士�?ABS-M30（一種層粘合性強(qiáng)、拉伸性強(qiáng)、擁有抗沖擊和抗彎強(qiáng)度的材料）打印了許多零件，如風(fēng)道和噴頭支架。對于對韌性要求較高的零件，如鎖扣等，她會使用 FDM Nylon 12 進(jìn)行打印，其高抗疲勞性非常適合打印需要快速振動的組件。最重要的是，F(xiàn)DM 材料可在大規(guī)模制造前，用作直接生產(chǎn)中試批次的最終用途零件。這大大簡化了驗(yàn)證流程并減輕了她的工作負(fù)擔(dān)。

陳女士表示：“能在手中拿到實(shí)物就非常好，這樣就可以進(jìn)行符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不同功能測試，3D 打印技術(shù)帶給我們極大的自由度�！比绻�使用機(jī)加工或銑削，當(dāng)涉及到室體和腔體結(jié)構(gòu)時(shí)，制造商必須先將原型分成多個(gè)零件。相比之下，3D打印讓無需將原型分解成零件，就可生產(chǎn)完整的模型。過去需要一周時(shí)間才能完成的工作，現(xiàn)在不到三天就能完成。這樣一來，團(tuán)隊(duì)就可以更加專注于改善設(shè)計(jì)，滿足客戶的需求。

在科勒團(tuán)隊(duì)使用 F900 和堅(jiān)韌材料制作功能性原型的同時(shí)，他們也使用 Connex3 系統(tǒng)進(jìn)行更復(fù)雜的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。作為世界上第一臺多色彩和多材料 3D 打印機(jī)，該系統(tǒng)能將具有不同機(jī)械、光學(xué)或熱性能要求的零件放在同一托盤上，提供給科勒團(tuán)隊(duì)更多的靈活性：生產(chǎn)出一件完整產(chǎn)品，打印后無需組裝。在創(chuàng)建 CAD 文件之后，陳女士就可以將數(shù)字設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的概念模型。這些模型包含流暢的三色漸變、鮮艷的多色紋理、時(shí)尚的透明色或不透明的乳白色，它們與預(yù)期的最終產(chǎn)品完全相同。

陳女士對 Veroclear（一種用于透明丙烯酸模擬的透明 PolyJet 聚合物）打印的零件尤其滿意。VeroClear 的透明度和 Connex3 打印機(jī)的高精度相結(jié)合，使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以輕易地將馬桶原型內(nèi)的水流可視化，以立即驗(yàn)證概念原型并進(jìn)行必要的更改。陳女士還表示，GrabCAD 軟件的界面對用戶非常友好，它可以自動展現(xiàn)最佳的布局。“現(xiàn)在，我無法想象如果沒有 3D 打印機(jī)，我的工作會是什么樣子，”她欣喜地說道，“現(xiàn)在，我可以在設(shè)計(jì)過程中更加專注，相比以前，我可以更好的完成工作。

非凡士的解決方案使原型制作流程縮短了至少 40%，而且林先生還發(fā)現(xiàn)，成本也減少了一半，他對此感到非常滿意。在引進(jìn)這兩個(gè)系統(tǒng)之后，他的實(shí)驗(yàn)室也嘗試了一些新的想法，例如使用打印的零件來測試模具和水溫。當(dāng)設(shè)備損壞時(shí)，工程師可以自己打印螺紋接頭來替換損壞的零件。經(jīng)過短短的六個(gè)月，實(shí)驗(yàn)室中的每個(gè)人都發(fā)現(xiàn) 3D 打印機(jī)的用途比他們想象中多很多。隨著 F900 和

Connex3 Objet500 在工廠里不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，林先生非常確信他們可以按時(shí)交付 Numi 2.0。

他希望非凡士今后能夠提供更多的解決方案，也希望 3D 打印的零件可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，并成為最終用途的零件。在購買 3D 打印機(jī)之前，我無法想象工作可以如此便捷�，F(xiàn)在，我可以專注于設(shè)計(jì)流程，更加出色地完成工作。”陳琳科勒應(yīng)用工程師由于使用了 PolyJet 透明材料，科勒工程師可以看見原型部件中的水流。