技術(shù)篇：看數(shù)字孿生如何實(shí)現(xiàn)惠普3D打印機(jī)的自我優(yōu)化？
發(fā)布時(shí)間：
2023-01-11 12:43
在工業(yè)制造領(lǐng)域，尤其是對(duì)于一家高度自動(dòng)化、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的工廠來說，設(shè)備的高度穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，否則一臺(tái)設(shè)備出了故障，或者多臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)質(zhì)量不一致的情況，將使得規(guī)模生產(chǎn)陷入泥潭。
通常，人們對(duì)于設(shè)備穩(wěn)定性的關(guān)注普遍聚焦在設(shè)備本身，然而，3D打印與生俱來的數(shù)字化特征使得在線實(shí)時(shí)調(diào)整成為可能。本期，3D科學(xué)谷與谷友共同來領(lǐng)略數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)惠普3D打印機(jī)的自我優(yōu)化。
3D打印冷卻劑分配器
實(shí)現(xiàn)輕量化與復(fù)雜的設(shè)計(jì)
就在2019年9月，德國工程公司EDAG展示了與西門子數(shù)字工業(yè)公司合作開發(fā)的3D打印主動(dòng)冷卻劑分配器，并首次安裝在“EDAG SCALEbat”電池外殼中。
這個(gè)應(yīng)用案例將惠普的工業(yè)級(jí)HP Jet Fusion 5200 3D打印設(shè)備集成到西門子的數(shù)字企業(yè)解決方案中，可以比以前更快，更經(jīng)濟(jì)，更可持續(xù)地生產(chǎn)這種冷卻劑分配器。而基于高達(dá)30萬件的規(guī)?；a(chǎn)概念證明了在批量生產(chǎn)中通過3D打印制造零部件的經(jīng)濟(jì)可行性。
高達(dá)30萬件的規(guī)?；a(chǎn)，挑戰(zhàn)的不僅僅是設(shè)備自身的穩(wěn)定性，更是數(shù)字孿生的應(yīng)用能力。
為了更好的理解數(shù)字孿生的作用，我們現(xiàn)來回顧惠普與西門子的合作。
惠普與西門子的合作是全方位的，包括整體產(chǎn)品生命周期管理(PLM)，AM-增材制造工廠優(yōu)化，工業(yè)3D打印和數(shù)據(jù)智能，制造執(zhí)行和性能分析。舉例來說，惠普的Jet Fusion 5200系列工業(yè)3D打印系統(tǒng)與西門子數(shù)字企業(yè)產(chǎn)品集成，包括西門子數(shù)字雙胞胎(Digital Twins)，西門子Teamcenter for PLM，Tecnomatix Plant Simulation，Simatic IT用于制造執(zhí)行，以及用于性能分析和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的MindSphere。
這樣的合作為了幫助汽車和工業(yè)客戶更快地創(chuàng)建高質(zhì)量的3D打印部件，實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，新應(yīng)用和數(shù)字工廠
那么目前，西門子數(shù)字孿生在惠普的設(shè)備運(yùn)行中發(fā)揮著什么樣的作用呢?
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，就像常規(guī)制造一樣，適當(dāng)?shù)睦鋮s對(duì)于增材制造也是必不可少的。西門子支持惠普為其Jet Fusion 5210 3D打印機(jī)開發(fā)理想的通風(fēng)解決方案。
在一個(gè)具體的案例中，基于數(shù)字孿生，現(xiàn)在可以模擬和分析氣流模式。這個(gè)優(yōu)化過程是交互的，制造過程中生成的數(shù)據(jù)成為進(jìn)一步自動(dòng)優(yōu)化冷卻空氣流的拓?fù)浠A(chǔ)-這種方式使得氣流效率提高了22%。此外，可以將打印速度提高15%，而不會(huì)出現(xiàn)過熱的風(fēng)險(xiǎn)。
但這還不是全部：還可以將加工參數(shù)開發(fā)時(shí)間從四個(gè)月減少到僅僅四個(gè)星期。并且西門子的增材制造和數(shù)字解決方案使得產(chǎn)品制造成本降低了多達(dá)35%。
數(shù)字孿生簡化了生產(chǎn)計(jì)劃和制造流程。舉一個(gè)例子：為了節(jié)省生產(chǎn)期間的資源，軟件自動(dòng)計(jì)算理想的打印布局空間。除了容量分配和材料消耗之外，軟件還優(yōu)化了人員需求，從而有利于擴(kuò)大訂單量。
如果已知未來訂單的生產(chǎn)量，則可以提前模擬生產(chǎn)：西門子通過程序來計(jì)算和安排有效生產(chǎn)相關(guān)的各個(gè)方面-包括所需的3D打印設(shè)備和自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV)的數(shù)量、布置以及各個(gè)機(jī)器之間的理想距離。之后，在批量生產(chǎn)期間，西門子MindSphere IoT工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控打印過程-實(shí)時(shí)分析收集到的數(shù)據(jù)，以確保平穩(wěn)的生產(chǎn)工作流程。
3D科學(xué)谷Review
正如3D科學(xué)谷在《3D打印與工業(yè)制造》一書中所指出的3D打印將賦能價(jià)值創(chuàng)造，3D打印將帶來制造的離散化特點(diǎn)，而如何將離散化的制造能夠有機(jī)的鏈接起來并在不同的制造工藝之間實(shí)現(xiàn)無縫融合，這是3D打印進(jìn)入規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的“基礎(chǔ)設(shè)施”。這也是所有的國內(nèi)企業(yè)要將3D打印實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用需要做的必備功課。
3D打印與制造業(yè)附加值臺(tái)階。來源：3D科學(xué)谷
而另外一個(gè)關(guān)鍵的要素，正是人工智能，另外一個(gè)典型的案例是DMG MORI-德馬吉森精機(jī)將人工智能應(yīng)用到選區(qū)激光熔化SLM系列加工準(zhǔn)備中，將參數(shù)準(zhǔn)備時(shí)間從數(shù)周減少到幾天，DMG MORI的OPTOMET軟件通過人工智能自動(dòng)計(jì)算工藝參數(shù)，通過CELOS系統(tǒng)集成OPTOMET軟件，這個(gè)軟件的智能化程度很高，只需要輸入粉末的參數(shù)和加工要求，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)優(yōu)化加工參數(shù)，這量級(jí)的節(jié)約了人工設(shè)置參數(shù)時(shí)間，并且避免了人工設(shè)置參數(shù)導(dǎo)致的大量報(bào)廢零件產(chǎn)生。
正向設(shè)計(jì)與3D打印優(yōu)勢的結(jié)合、人工智能與工藝開發(fā)的結(jié)合、數(shù)字孿生與生產(chǎn)控制的結(jié)合是推動(dòng)3D打印產(chǎn)業(yè)化的“三駕馬車”。有了正向設(shè)計(jì)在價(jià)值創(chuàng)造的源頭賦能;有了3D打印進(jìn)入離散化制造所需要的端到端的解決方案的“基礎(chǔ)設(shè)施”;有了數(shù)字孿生、過程中控制等一系列的仿真與機(jī)器學(xué)習(xí)工具;3D打印才能進(jìn)入到發(fā)展的良性上升軌道，插上騰飛的翅膀。(來源：3D科學(xué)谷)
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