Nexa3D：解鎖如何將聚合物增材制造生產(chǎn)效率提高20倍

導(dǎo)讀：更短的循環(huán)周期對于3D打印的生產(chǎn)效率至關(guān)重要，但這并不是唯一的影響因素。如何為增材制造選擇合適的零件、前期的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作以及后期處理，同樣會(huì)對3D打印總的吞吐量產(chǎn)生巨大的影響，而這一切都需要協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)效率。

一直以來，增材制造（AM）一直被局限在小批量、高成本或高復(fù)雜性的零件制造上。這一直是在生產(chǎn)中更廣泛地采用AM的障礙，而且理由看起來也很充分。從純粹的直接成本角度來看，低的建造率往往導(dǎo)致設(shè)備占到生產(chǎn)成本的50%以上。為準(zhǔn)備AM作業(yè)而投入的精力和時(shí)間以及費(fèi)力的后處理要求進(jìn)一步縮小了增材制造具有經(jīng)濟(jì)意義的窗口。

Nexa3D是一家增材制造解決方案公司，針對于光聚合物增材制造工藝的每個(gè)階段它有一整套成熟的技術(shù)方案。憑借更高的打印速度和更大的16升（61立方英寸）的構(gòu)建室，Nexa3D說他們的打印速度可以達(dá)到同類打印機(jī)的6.5倍，但這與題中聲稱的生產(chǎn)力提高20倍還依舊相差甚遠(yuǎn)。

△Nexa3DNXE 400 3D打印機(jī)擁有極高的打印速度，

△上圖顯示了50個(gè)文丘里管是如何在27分鐘內(nèi)打印出來的。

增材制造中的經(jīng)濟(jì)學(xué)

AM的主要成本構(gòu)成是：

資本折舊——這包括3D打印機(jī)，但也包括任何必要的后處理設(shè)備。資本利用率直接受到打印機(jī)的速度和尺寸的影響，這決定了一天可以生產(chǎn)的零件數(shù)量。

材料成本——AM的材料成本往往需要一個(gè)與傳統(tǒng)制造不同的計(jì)算方法。最初的材料成本可能會(huì)更高，但產(chǎn)量通常會(huì)更高，廢品很少。然而，一些AM工藝有隱藏的材料浪費(fèi)過程，這可能取決于材料特性、生產(chǎn)的幾何形狀和使用的后處理方法。

勞動(dòng)成本——AM的作業(yè)過程包括文件準(zhǔn)備、機(jī)器裝載/卸載和后處理。勞動(dòng)力成本在很大程度上取決于設(shè)備生產(chǎn)力、硬件和軟件的自動(dòng)化以及每個(gè)零件的具體后處理要求。

提高AM生產(chǎn)率涉及到解決這些問題中的每一個(gè)環(huán)節(jié)。例如，一個(gè)更快、更可預(yù)測的構(gòu)建程序準(zhǔn)備過程可以減少勞動(dòng)力，使工作運(yùn)行得更快，并可以降低達(dá)到所需質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的難度。更快的打印和每次制造更多零件的能力提高了設(shè)備利用率。更準(zhǔn)確和可預(yù)測的打印能力，可以通過更有效的支撐物移除和可能消除的二次加工（如機(jī)械加工），大大降低后期處理成本。所有這些加起來，做好這一切就是實(shí)現(xiàn)3D打印生產(chǎn)力的巨大改善的方法。

Nexa3D如何解決整體AM生產(chǎn)力問題

設(shè)計(jì)和制造更復(fù)雜的零件的能力也許是討論最多的AM所體現(xiàn)出的經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)樗�能夠用一個(gè)打印的零件來取代裝配件，這些成本效益可以是非常可觀的。但是，為AM選擇合適的零件，并迅速將這些零件送入高效的生產(chǎn)過程，則是另一回事，因?yàn)槟闳绾稳��?zhǔn)備構(gòu)建程序是至關(guān)重要的。

這一切都要從AM軟件開始。NexaX2.0是一個(gè)基于AI的軟件應(yīng)用，它通過硬件、軟件和化學(xué)的相互作用，提供打印準(zhǔn)備和3D打印機(jī)管理。隨著API與其他軟件的整合，NexaX能夠?qū)崿F(xiàn)打印部件的新特性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工藝穩(wěn)定性、生產(chǎn)規(guī)模、穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量、更高的產(chǎn)量和出色的機(jī)械性能。它提供了各種工具來幫助提高總的工藝效率，如快速的文件準(zhǔn)備，如何堆放零件以達(dá)到最大產(chǎn)量，甚至如何放置支撐物以方便拆卸。

△NexaX2.0是一個(gè)基于AI的軟件應(yīng)用程序，提供打印準(zhǔn)備和3D打印機(jī)管理。

憑借異�？焖俚膶Ｓ星衅�算法和自動(dòng)支持生成，NexaX軟件將工藝和幾何算法與端到端工作流程相結(jié)合，以優(yōu)化零件生產(chǎn)。該軟件包括一系列廣泛的自動(dòng)化功能，包括：

1)      自動(dòng)文件準(zhǔn)備

2)      零件重新縮放和復(fù)制能力

3)      自動(dòng)生成最佳支撐

4)      格子生成工具和網(wǎng)格固定

5)      自動(dòng)檢測零件的碰撞和越界情況

6)      精確的零件打印時(shí)間和樹脂消耗量估算器

7)      獨(dú)特的鏤空和穿孔工具

8)      遠(yuǎn)程管理和實(shí)時(shí)打印查看功能

9)      Nexa3D NexaX 2.0 軟件自動(dòng)化

△Nexa3DNexaX可以自動(dòng)進(jìn)行構(gòu)建準(zhǔn)備，具有自動(dòng)支持放置等功能。

NexaX 2.0軟件還與Ximplify™完全兼容，Ximplify™是Nexa3D的自動(dòng)化3D打印決策支持門戶，它加速了設(shè)計(jì)師和制造商大規(guī)模采用增材制造的能力。Ximplify在幾分鐘內(nèi)掃描由數(shù)千個(gè)零件組成的材料清單，為增材制造選擇理想的候選人。它確定了3D打印可以匹配或超過其他工藝替代品的生產(chǎn)成本的突破點(diǎn)，并可以就何時(shí)適合與服務(wù)局合作以及何時(shí)適合在內(nèi)部進(jìn)行生產(chǎn)提出建議。該軟件還包括與Nexa3D的大型和不斷增長的材料組合的無縫集成，甚至可以為任何給定的零件提出材料替代建議。

更快的打印

Nexa3Ds的光聚合過程非�？�，它基于LSPc技術(shù)（潤滑劑子層光固化），大大加快了從一層到另一層的時(shí)間。SLA打印機(jī)是 "倒置的"，這意味著它們是顛倒著打印的，而且它們是靠桶底或桶膜來固化的。在Nexa3D打印機(jī)中，光線通過通道和導(dǎo)光板向上投射，以確保整個(gè)構(gòu)建區(qū)域的均勻性。光線通過一個(gè)LED光罩，在那里得到精細(xì)的像素化，以確保邊緣到邊緣零件的一致性和準(zhǔn)確性。通常情況下，必須小心翼翼地將零件從大桶中剝離出來，這通常是一個(gè)緩慢而精細(xì)的操作。LSPc技術(shù)利用了一種自潤滑的柔性薄膜，它可以防止粘附在打印件和底層絲網(wǎng)上，從而使打印速度大大加快。為了確保工藝的一致性，還集成了一個(gè)熱管理系統(tǒng)，以克服高速打印產(chǎn)生的熱量積聚。

△在2.5小時(shí)內(nèi)，用xCE黑色材料在一次構(gòu)建中打印了2050個(gè)滑輪，這相當(dāng)于每分鐘生產(chǎn)13個(gè)零件。

LSPc技術(shù)使生產(chǎn)周期時(shí)間和產(chǎn)量得到了極大的改善。由于輸出的速度完全基于構(gòu)建的垂直高度，無論你打印多少個(gè)零件，總的打印時(shí)間都是一樣的。在最高速度下，該過程可以實(shí)現(xiàn)每2.5分鐘一個(gè)垂直英寸。即使在這個(gè)速度下，打印機(jī)也能達(dá)到注塑的質(zhì)量，具有尖銳的角度、光滑的表面和完美的圓孔�？偟膩碚f，LSPc工藝使生產(chǎn)速度比同級(jí)別的其他3D打印機(jī)快6.5倍。

此外，Nexa3D 400型號(hào)包括一個(gè)16照射頭的構(gòu)建量，比其他基于SLA和DLP的技術(shù)高出2.5倍。這允許更大的部件，或每次構(gòu)建更多的部件，具有更高的吞吐量，并最終降低部件成本，所有這些都具有更高的像素（76.5微米）和各向異性的打印。

集成清洗和固化

對于優(yōu)化整個(gè)光聚合物打印過程來說，同樣重要的是如何進(jìn)行后期處理。由于Nexa3D打印工藝的精度和分辨率，零件很少需要二次加工，如機(jī)械加工。但零件會(huì)需要清洗和固化，Nexa3D已經(jīng)開發(fā)了集成站，可以有效地執(zhí)行這些任務(wù)，并能在同一底板平臺(tái)上完成這兩項(xiàng)工作。

xWash是一個(gè)為Nexa3D打印機(jī)設(shè)計(jì)的清洗站，它使用為3D打印和可持續(xù)性而優(yōu)化的專有清洗劑。要把一個(gè)零件從打印機(jī)移到清洗站，你只需把帶有零件的底板滑出來，然后把它滑到清洗機(jī)里，它就會(huì)被自動(dòng)處理。洗滌器提供了一個(gè)完全可調(diào)的清洗周期，從預(yù)編程的清洗配方開始，使用戶能夠根據(jù)零件的幾何形狀和材料來優(yōu)化周期。這有助于在幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)對各種零件的高效和一致的清洗。為了最大限度地提高產(chǎn)量，它可以同時(shí)容納兩個(gè)構(gòu)建板。

△xWash提供了一個(gè)完全可調(diào)的清潔周期，并配有預(yù)編程的清潔配方。

xCure的設(shè)計(jì)初衷是為了能夠批量生產(chǎn)性能良好的光聚合物部件，同時(shí)還便于保證部件和打印機(jī)的一致性。它還配有規(guī)定的零件加工菜單，采用相同的工藝控制，以實(shí)現(xiàn)高尺寸精度和結(jié)構(gòu)完整性，無論零件大小或復(fù)雜程度如何。與清洗機(jī)一樣，該設(shè)備也是作為Nexa3D的400系列打印機(jī)的配套設(shè)備，可同時(shí)固化三個(gè)構(gòu)建板，或?qū)⒘慵�放在半透明的架子上，單�?dú)進(jìn)行固化。

該固化站使用高功率LED，在雙波長下運(yùn)行，以及連續(xù)的紫外線和熱固化模式。它按照全球工業(yè)結(jié)構(gòu)和安全標(biāo)準(zhǔn)建造，以三種固化模式運(yùn)行：僅紫外線、僅加熱和紫外線+加熱。

△xCure的設(shè)計(jì)是為了持續(xù)和快速地保證在生產(chǎn)數(shù)量上所需的光聚合物部件特性。

3D打印材料

一個(gè)成功的增材制造操作的另一個(gè)關(guān)鍵組成部分是識(shí)別和采購符合物理性能要求和適合特定3D打印部件的可加工性標(biāo)準(zhǔn)的樹脂。為此，Nexa3D與世界領(lǐng)先的材料供應(yīng)商建立了合作關(guān)系，包括漢高、巴斯夫、科思創(chuàng)、贏創(chuàng)和阿科瑪，以充分發(fā)揮高性能聚合物的潛力，為更快、更經(jīng)濟(jì)的原型設(shè)計(jì)周期和持續(xù)滿足與功能原型相同標(biāo)準(zhǔn)的系列生產(chǎn)量身定制。

△Nexa3D已經(jīng)與世界領(lǐng)先的材料供應(yīng)商建立了合作關(guān)系，包括漢高、巴斯夫、科維斯特羅、贏創(chuàng)和阿科瑪，以開發(fā)特定應(yīng)用的光聚合物樹脂。

這些材料是為LSPc工藝定制的，以提供高速加工、耐用性和準(zhǔn)確性。在目前的樹脂陣容中包括：

1)      xGPP半透明——適用于半透明、剛性、多用途的高性能部件。

2)      xGPP灰——具有出色的表面光潔度和真實(shí)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，xGPP-Gray是豐富的模型紋理的理想選擇。

3)      xCE白和xCE黑——高性能聚合物，用于生產(chǎn)最終使用的塑料部件和注塑工具。

4)      xABS黑——高性能、高模量材料，具有優(yōu)良的彎曲和拉伸物理特性，并具有相對較高的伸長率。

5)      xFle——類似于TPU的材料，是打印握把、墊圈、密封件以及運(yùn)動(dòng)服和鞋類原型的理想材料。

6)      xPeek——耐高溫材料，HDT為230°C。xPeek非常適合用于工具和其他需要高耐熱性的應(yīng)用。

至于挑選材料，Nexa3D通過其Ximplify自動(dòng)3D打印決策支持門戶網(wǎng)站提供幫助。除了分析哪些零件最適合3D打印外，Ximplify將推薦最佳的打印機(jī)和材料，以最大限度地提高性能，并提供完整的零件成本和投資回報(bào)分析。該應(yīng)用程序?qū)�為一個(gè)零件推薦材料，考慮到功能要求和材料的可加工性。簡單地說，它能找到最快的方法來制造你需要的零件。在每個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)束后，Ximplify會(huì)自動(dòng)生成一份報(bào)告，以支持整個(gè)決策和實(shí)施過程。

熊友們想要了解更多關(guān)于Nexa3D打印機(jī)和軟件的信息可以訪問Nexa3D的官方網(wǎng)站（https://nexa3d.com/?utm_source=g ... 00-20x-Productivity）。