FDM快速成型技术应用案例BellHowell高级打印机直管

FDM快速成型技术应用案例--BellHowell高级打印机

FDM快速成型技术应用案例--BellHowell高级打印机 2011年12月03日 来源： 前言 “一旦设计确定，制造的成本就是很清楚地固定住。调整配件技术或是构成材料的任何改变并不会对制造的成本造成很大的影响。” Bell & Howell 公司Michael Jones 机电工程师说。在开发新产品的同时，若只承习以往旧有固定性的设计理念及方针，非但不会减少开发的成本费用，反而可能因居高不下的成本考量而放弃原有设计，实为可惜，也因如此，面对产品零组件须不断的修改及重制，同时设计与机构也须伴随着更新情形下，若设计的过程中能快速且准确的输出原型进行装载测试、确认，便成为相当重要的一环，故能够进行功能性测试的工程材料快速原型在设计过程中扮演着举足轻重的角色。 BellHowell高阶打印机的成功案例

图 Bell & Howell公司的高阶扫瞄器–Copiscan 8000 Plus系列

产品名称： Copiscan 8000 Plus系列 制造商： Bell & Howell 公司 应用： 利用ABS工程材料创造出活动机构原型组装配件。 产品： 高速文件扫瞄器。 比赛： 定做一个现有的产品以赢得一份大型合约。 解决办法： 利用FDM (fused deposition modeling)技术来制作工程材料快速原型。 成效： 赢得主要合约。 设计周期减半。 产品的零件总数减半。 降低模具的重做。 利用FDM技术赢得数百万美元的合约 随着产品的零件重新设计的过程，Bell & Howell的工程师将该组件上的组件数量，从图4的26件减少到图5的13件，并且排除使用螺丝的需求。

Bell & Howell公司 Bell & Howell公司使用FDM快速原型去定做扫瞄器系统零件且赢得数百万美元的合约—藉由任何供货商所造就全世界最大规模的影像设备。这样的设备完全能够满足客户的需求规格，主要归功于运用Stratasys公司的FDM(fused deposition modeling)工程材料快速原型系统作为开发工具。为了要赢得此合约，Bell & Howell公司将必须设计一套新的扫瞄器组件、安装活动机构原型零件，并且快速地改良它们，以满足客户严厉的规格标准。 在1900年初期至1970年代之间，一般印象是他们所生产的电影摄影机和静态照像机产品，在当时Bell & Howell公司已经逐渐发展成一家提供各式各样自动化技术的公司。例如公司初期，Bell & Howell公司绝大部分的努力聚焦于光学基础的产品品质。该公司也生产其它设备，例如高阶的文件扫瞄器、高速的邮件处理系统、分类与插入的设备以及电子邮件与讯息系统等。位在美国伊利诺州Lincolnwood地区的扫瞄器的部门，发展出尖端的高速扫瞄器，能够快速地将大量的纸本文件转换成电子档案。 精密的机构 当你想到扫瞄器时，别再想到你过去习惯在家上载图片影像时，使用市值99美元的装置。Bell & Howell公司的极高阶扫瞄器—Copiscan 8000 Plus系列，其价格在39,000美元以上。你从以下就可以看出端倪： 对于走纸器，它能以每分钟125页的速度迅速地扫过一叠文件，并同时撷取正反两面的资料，总共于每分钟处理250个影像，相当于每秒4.2个影像。更让人印像深刻的是，尽管处理的是混合纸张，厚度范围有从厚重的卡片原料至纤细的卷烟纸等都有，这台扫瞄器都能以最高速的速度处理。真是相当地精密。

图 重新设计供给器 现在的供给器的撷取装置已经是相当简化的组合件。

图 精密装置 在重新设计供给器之后，不论处理的是纸张厚度从厚重的卡片纸至纤细的卷烟纸，这台扫瞄器现在都能以每分钟处理125张纸的速度 ，获取双面资料。

争取大型订单 Bell & Howell公司，是现有客户限量邀请的制造厂商其中之ㄧ，将参与这份1,000台高阶扫瞄器订单的竞争。此客户是美国”财富50”大企业公司之一，负责将邮件隔夜投递到全球各地。在忙碌的某一天，投递服务需要处理的包裹数量已经高达二十五万件，所以需要能够迅速地处理大量文件工作的高阶扫瞄器。 没有任何一间公司提供的扫瞄器能够达到客户新的规格要求，所以只有少数厂商能被邀请，藉由设计一款可以满足这些规格的扫瞄器，来竞争这份销售订单。为了争取这份订单，Bell & Howell公司将必须重新设计他们现有型号Copiscan 8000的高阶扫瞄器。这个新的设计将必须增加系统整体处理效能，同时降低系统堵塞停工的风险。 致力于赢得这份订单也是Bell & Howell公司在设计理念中的办法。当机械工程主管引进外来的经验，来协助工程师改进他们的设计，藉由预期未来的制造成本，这办法已经开始。“一旦整个设计确定之后，制造生产生产成本就会很清楚地固定住。。”,Michael Jones 机电工程师说。” 你在组装技术或是材料结构的任何改变，并不会对制造成本造成太大的影响，脑中有这个观念对设计来说是很重要的。”在新的设计理念中，很重要的一部分就是找出减少产品组件数量的方法。 功能性的原型组件 在定做扫瞄器的过程中，Bell & Howell公司生产了许多不一样的原件，并且将它们送去给客户测试使用。”我们现在研制的扫瞄器部分是文件供给器组件，”机械工程主管Mike Scheller说道。该供给器主要是去分离个别纸张，并且将它们拖曳通过扫瞄器。”平均来说，我们每周都会提供一组供给器组件给客户。他们会去安装这些零件，并且将使用情形回复给我们，让我们能够改良设计。”“供给器有弹性的滚轴，它必须旋转、上升、下降和侧面移动，” Scheller说。”影响纸张的处理就看滚轴如何抑制、齿轮联动和驱动等。至于要如何去实现达到前面所述，我们有4种不同的构想。我们能藉由FDM系统将构想制作成原型，并做进行一些简短的初始测试，然后将零件提供给客户。”“你可以用3D绘图去展示组件的机构动作，它也许看起来组件的功能动作正确无误，”Jones说。”但是，当你去建构出实体模型之后，你将会看到你所遗漏了些什么。惟有如此，你才能看出一个零件的特征是太薄或太厚，或是没有达到本身应该有的运作功能。”“有很多次，当我们认为这个设计应该可以运作，所以我们建构了原型，安装到扫瞄器上，然后我们立即地发现了问题。对于供给器的撷取装置的部分，我们制作一个原型零件并装置上去，只找出固定闩正好与固定座不合。我们重新建构原型，并改变固定闩下降的曲线去修正这个问题。如果前面所述发生在实际的测试模具零件，那模具将会花费我们庞大的经费，而且零件也会变的毫无价值。”在赢得合约之前，Bell & Howell公司大约花费5个月的时间，和客户频繁地互动，定做出扫瞄器的机构功能。这个客制化，且高性能版本的扫瞄器命名为Copiscan 8000 Plus。它的文件供给器具有较高的效能，不但增加单位能量同时减少系统堵塞停工的可能性。

图 许多扫瞄器零件模型都是使用FDM技术的ABS工程材料所制。左上：打印机组。中间和右上：电源开关-前面、侧面视图。

改良供给器缩减50%零件数量 随着Bell & Howell公司不断改良扫瞄器的零件，它们重新设计了供给器组件中的撷取装置。新款的设计将零件数量从26个减少至13个-也就是50%的缩减。而且这个新组件中完全不需要任何螺丝，因为设计改用啪一声就扣上的扣具，所以螺丝就淘汰使用了。 Scheller说道，在购买FDM工程材料快速原型系统之前，公司针对一个新产品的设计周期基本上约为18个月。”平均来说，我们已经让设计周期降低了9个月：过去通常要花费1.5倍的时间。如此巨大的改善都是使用FDM机台的关系。有了这部机台，组件之间的配合度变得更好；我们也有更具审美观的构思；甚至比以前有更好的设计检视。”使用FDM工程材料快速原型同样能帮助减少模具方面的重复工作，而且它也关联到扫瞄器部门的成本。”当我们跟模具单位重新检视这个设计时，他们能够确切地看见零件将来会呈现模样，” Scheller说。” 对于我们要去制作模具，我现在有更多的信心，零件将会是可以运作的，而且将会看起来和预期的一样。在过去，我们在模具修改的反复工作上浪费许多费用。”合约归功于FDM工程材料快速原型系统 依据Schellern所述，在公司内部拥有FDM工程材料快速原型系统对于赢得此大型合约是有帮助的。”为了要赢得该订单，我们必须达到客户的标准，而且我们必须快速地取得可用的原型，”他说。”假如我们没有FDM工程材料快速原型系统，我们将必须仰赖外包的模型公司，不但会增加时间和成本的支出，而且会影响成果。FDM工程材料快速原型系统是我们获得这份数百万美元订单的主要原因。”“无论你的计算机模型设计规划的如何完善，你永远无法面面俱到，” Jone说道。”但是有了FDM机台作出的实体模型，你就可以更加确认。这就是为什么FDM对我们如此重要的原因。我们将之比喻为”星际奇航”中的复制器。我们能够将一个构思，在几个小时内得到功能性原型并安装在扫瞄器上。Bell & Howell公司使用Stratasys FDM工程材料快速原型系统，并且指出它的优秀性能出乎意料的卓越。它通常是夜以继日和周末假日不行运转，而且不需要任何操作员。”我们只需要有极小的停工期，而且它的好处非常庞大，所以我们希望再采购第2台FDM机器，也就是有超大成型空间的工程材料快速原型系统- FMD Maxum。 利用FDM快速制造扫瞄器的零件 像许多发展中的公司，Bell & Howell 公司也已经借着使用FDM系统迈入快速制造零件的领域。工程师发现在FDM系统上生产名为”flag hold-downs”的零件，其品质远远可以胜任它在扫描仪中的工作需求，所以他们决定使用FDM系统进行大量生产，而不再向模具工厂订购。 平均来说，Bell & Howell公司每个月生产160个名为”flag hold-downs”的组件，在总数来说，生产将近于数千个。他们利用FDM系统生产每批50个的零件，并直接安装在最终的产品上。

图 快速制造 利用FDM系统快速制造每批50个名为”Flag hold-downs”的零件，并直接安装在最终产品-扫描仪上使用。

图 生产周期短 平均来说，Bell & Howell公司每个月生产160个名为”Flag hold-downs”的零件。

“拥有[快速制造零件]的能力是具有很大的优势，” Michael Jones机电工程师说道。”如果供货商因为某些原因致使塑料零件无法按时送达，我们能够藉由FDM机台建构零件以避免生产中断。另一项优势是，假如我们计划在很端的时间之内要变更组件的设计，自己建构我们想要的零件，比起付钱给模具厂去开模和生产，相对成本效率会更高。 Bell & Howell 公司目前的作业流程，已经充分地将FDM的直接数字制造(Direct Digital Manufacture)技术应用于整个制程，所以能够快速的降低成本，赢得订单。

图FDM DDM技术可以从概念设计到设计变更，甚至可以进行快速制造与少量生产。

结论 单纯地建立外观模型层次的设备已非适用于现行快速原型的竞争环境，须积极朝可制作测试功能性的原型设备迈进、升级。因此，由于FDM工程材料快速原型系统操作简便，可视为一台ABS立体打印系统（即3D打印机），不需要长期操作的使用经验，不需指派专人负责操作，不担心人员流动造成停摆，藉其简单易用的特性及办公室设计环境的规格（无毒性且不产生异味，粉尘，噪音等污染，不用花费建立与维护专用场地），满足设计工程师的梦想，且可在整个产品设计流程中随时应用快速原型技术，进行产品原型的各种功能性测试、修改，并减少设计的时程约40%-50%，大幅提升企业的竞争力。

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