在 Form Wash L 和 Form Cure L 發布之前，對立體光刻 (SLA) 零件進行大批量後處理的選項受到限制。 客戶已開始使用 Formlabs Form 3L 和 Form 3BL 大幅面 SLA 打印機進行打印，但仍需要後處理解決方案。 設計和製造配套的清洗機和固化機的壓力越來越大。
Formlabs 的工程團隊需要敏捷和高質量的原型設計解決方案，以及為仍在不斷發展的設計生產堅固耐用的最終用途零件的能力。 答案就在他們眼前——Formlabs 自己的 Fuse 1 SLS 打印機和 Nylon 12 Powder。
繼續閱讀以了解 Formlabs 如何使用 Fuse 1 打印機製作原型和製造最終用途部件，這些部件是今天發運給客戶的 Form Wash L 和 Form Cure L 後處理單元的一部分。
完整的大幅面 SLA 工作流程
2020 年 9 月，Formlabs 開始出貨 Form 3L，這是我們的旗艦大幅面 SLA 打印機。 經過多年告訴客戶，大型零件的唯一解決方案是將他們的 CAD 文件切成兩半，逐片打印，然後將整個東西粘合在一起，Form 3L 終於可以在不犧牲精度的情況下打印大型零件， 表面光潔度，或他們可以使用標準 Formlabs SLA 3D 打印機實現的材料屬性範圍。
Form 3L 對各行各業的客戶產生了立竿見影的影響——正畸實驗室每天可以打印多達 120 個完整的足弓，Black Diamond 等產品開發公司可以打印全尺寸頭盔原型，醫院可以打印成人胸腔解剖模型 用於術前研究。
然而，這些客戶中的每一個也感受到了工作流程不完整的痛苦——伴隨的大幅面後處理機器的延遲意味著客戶正在購買第三方選項，或者創建產生不一致結果的 DIY 解決方案。
使用 Fuse 1 製作 Wash L 和 Cure L 原型
新產品的基本前提很明確，只需創建更大版本的 Form Wash 和 Form Cure 系統。 但是，由於全球供應鏈問題與 COVID-19 大流行相結合，延遲了團隊製作原型所需的許多材料的交付，因此採購某些零件變得有問題。
“我們肯定遇到了挑戰。 我們的時間緊迫，這使得為開發構建準備好材料變得非常棘手。 Formlabs 供應鏈工程師 Megan Liu 說，存在供應鏈問題，我們必須配合非常激進的交付時間表。
幸運的是，該團隊有一個工業質量的解決方案，用於原型設計和生產。 Fuse 1 SLS 系統使 Wash L/Cure L 團隊能夠快速運行兩台機器設計每個部分的多次迭代，即使在某些傳統製造工藝由於成本或交貨時間而無法實現的情況下也是如此。 其中六個零件繼續打印在 Fuse 1 上，並且是最終產品最後階段製造構建的一部分。
使用 Fuse 1 製造 Form Cure L 零件
交付給客戶的 Form Cure L 裝置在 Fuse 1 上印有三個部件：轉盤齒輪、門磁支架和互鎖墊片。 Form Wash L 單元在 Fuse 1 上有兩個不同的泵夾，上面印有 Nylon 12 Powder，第一輪生產單元也有一個小磁鐵蓋。 這不是我們的全球採購團隊第一次使用 Fuse 1 打印機為 Formlabs 產品生產最終用途部件 - 實際上 Fuse 1 本身的生產單元上的部件是在 Formlabs 製造中心在現有 Fuse 1 上打印的 單位。
為了設計 Form Cure L 的轉盤齒輪，團隊不得不多次迭代，以確保中心的倒角孔能夠緊緊抓住轉盤，並產生足夠的力來旋轉轉盤。 經過幾次設計和原型設計後，他們決定採用 3D 打印最終部件而不是注塑成型，因為核心位於中心。 注塑模具需要兩個部件來實現該核心，但 SLS 打印允許設計師將設計整合為一個部件。
“如果齒輪孔的尺寸不符合要求，我們可以立即進行更改。 我們能夠非常迅速地適應，停止不起作用的東西，並嘗試新的東西。 迭代之間的轉換過程要容易得多，因為我們知道我們不必為新的迭代更換工具或供應商，”劉說。
對於 Form Cure L 聯鎖墊片，該團隊使用 Form 3 SLA 打印機進行了原型製作，然後在 Fuse 1 上打印了最終部件。該團隊需要使用塑料，因為當磁鐵和傳感器之間沒有金屬時，聯鎖傳感器工作得最好。 這部分在外觀上密封了外部，允許在實際傳感器前面使用最少的塑料，並通過像四個絕緣支架一樣設置傳感器距離。 該團隊能夠通過從最終階段原型轉移到全部內部生產測試來減少時間和成本，而無需考慮工具的交貨時間。
在 Fuse 1 上製造的最後一個 Form Cure L 部件是兩個門磁支架，將保持 Form Cure L 門關閉並使其“咔噠”一聲的磁鐵懸掛起來。出於磁干擾和触覺原因，這些部件需要是塑料的 原因——金屬部件會刮傷粉末塗層並在關門時發出令人不快的刮擦聲。 因為這部分既有客觀標準（門是否關閉？）也有主觀標準（門關上的感覺如何？），在所有其他組件完成之前，很難確定設計。 如果團隊隨後需要將零件外包給注塑機，則生產計劃將增加數週。 內部印刷使他們保持在積極的時間表上。
使用 Fuse 1 製造 Form Wash L 零件
兩個泵夾將電池供電的溶劑泵固定在 Wash L 的儲物箱中。它們必須定制尺寸以適合泵周圍，並且專為提高材料效率而設計。 螺旋形側面的獨特設計意味著它們無法以傳統方式製造。 在整個迭代過程中，團隊能夠進行設計更改而無需重做工具。 由於該部件在整個開發週期中完全重新設計，這為團隊的預算提供了更多的迴旋餘地。
在 Form Wash L 中，磁鐵將溶劑監測器固定在洗滌桶內。 為了保護磁鐵不生鏽或刮傷，工程團隊設計了一個小磁鐵蓋。 為 Wash L 的前幾百個生產單元打印這些是權宜之計，該部件目前是通過注塑成型製造的。 雖然交貨時間很長，但將這些打印在 Fuse 上是有意義的，因為改進的 Fuse 1 包裝算法使小部件能夠輕鬆嵌套在其他部件中。
時間縮短，供應鏈斷裂
Form Wash L 和 Form Cure L 的生產時間表恰逢 COVID-19 大流行，以及影響團隊採購材料和與合同製造商溝通能力的供應鏈問題。
多年來，劉和 Formlabs 供應鏈工程團隊的其他成員與各種供應商建立了關係，通常可以依靠從一個或另一個供應商那裡找到他們需要的零件。由於航運港口積壓，中國供應商工廠關閉，運輸公司應對工會罷工和員工因 COVID-19 而被擱置，原型材料的每一個選擇都是死路一條。
“擁有內部打印機使我們能夠非常靈活，即使我們正在等待樣品進來，我們最終將使用傳統方法進行製造——我們使用 3D 打印部件作為權宜之計，以有效利用我們的時間。”梅根劉，Formlabs 全球採購。
由於這些材料延遲，Form Wash L 和 Form Cure L 團隊的典型坡道計劃被大幅壓縮。與六週生產 600 件相比，該團隊只有一半的時間——他們需要每週生產 200 件才能趕上最後期限。位於俄亥俄州材料生產工廠的 Formlabs 打印農場沒有能力，因此 Formlabs 工程團隊在薩默維爾總部打印它們。
“有了這些打印機，我們可以立即將產能翻倍。 如果我們一直在外包並且承包商已經關閉，您不能只是將該工具運送給新的承包商，但是有了打印機，我們能夠分散製造並立即增加產能，這樣我們就可以按計劃進行，”劉說。
轉向注塑成型：何時以及為何？
一旦團隊成功生產了這 600 台設備，他們就有機會根據既定的時間表和需求評估全面生產的選擇。 儘管某些部件，如泵夾、互鎖墊片和轉盤齒輪仍然可以在 Fuse 1 上生產，但其他部件，如磁鐵蓋，已轉移到注塑工作流程中。
我們將看一下轉盤齒輪和磁鐵蓋這兩個部分，以展示該決定是如何做出的，以及何時將工作流程從直接 SLS 3D 打印切換到傳統注塑成型是有意義的。Part 1: Saturation Sensing Magnet Cover (Form Wash L)
飽和感應磁鐵蓋的模具成本為 3,700 美元，從生產計劃開始就需要一個多月的時間才能完成，這將推遲 Form Wash L 的最終迭代階段和早期生產運行。
在 Fuse 1 上打印磁體蓋的每件成本（包括人工）僅為 2.20 美元——在數量少於 2000 個的情況下，這是一種更便宜的替代方案。 Global Sourcing 團隊認為 SLS 3D 打印是一個很好的臨時製造選擇，但一旦模具製成，就意識到繼續進行注塑成型會更便宜。
第 2 部分：轉盤齒輪
這部分在中心有一個倒角孔，以便緊緊抓住轉盤栓並產生足夠的力來旋轉 Form Cure L 平台。
為該設計創建注塑模具需要兩個部件來實現該核心，而兩部件模具更昂貴。 注塑成型合同製造商的估計成本為 10,000 美元。
SLS 3D 打印 Tuntable Gear 使設計師能夠將設計整合到一個零件中，每個零件的成本僅為 3.50 美元，這意味著注塑成型的盈虧平衡點是數量接近 8000 件。 該團隊決定在 Fuse 1 上打印該部件，節省了數千美元，並降低了最終產品的成本。 達到該生產水平將使 Global Sourcing 團隊有充足的時間來計劃、訂購模具，並在最經濟的情況下切換到注塑成型。 SLS 3D 打印這些部件暫時讓他們能夠加快發佈時間，並專注於產品的其他部分。
您可以用 3D 打印代替注塑成型嗎？
Fuse 1 打印機群是供應鏈的補充部分。雖然它確實取代了某些零件的傳統生產方法，但傳統的工具、鑄造、成型和機械加工仍然是產品生命週期的必要部分。能夠依賴工業質量的 3D 打印機將更大的部分置於製造商的控制之下，並保護它們免受外部變量的影響，例如延遲的原材料或較長的工具交貨時間。
Fuse 1 SLS 打印機使 Formlabs 工程師能夠在緊迫的時間內交付兩種產品，同時克服 COVID-19 大流行和供應鏈中斷帶來的障礙。 Form Wash L 和 Form Cure L 生產單元都有多個使用 Formlabs 自己的技術打印的部件，證明 Fuse 1 是一種端到端的產品開發和製造解決方案。在 SLS 3D 打印與註塑成型白皮書中，我們深入探討了 Fuse 1 SLS 打印機上最終用途部件的每種應用，從更換部件到定制假肢，再到售後發動機部件。