垂直的實驗室儀器市場，如何利用3D打印直接進行生產？

Laboratory Technologies Inc. (LTI)是一家領先的實驗室輻射儀器制造商，自1983年以來，它一直為美國及海外實驗室提供輻射儀器。LTI主要服務于全球包括核實驗室在內的專業(yè)化小型實驗室。

高成本的金屬加工，限制了產品設計

LTI的口碑產品包括Genesys 100系列、Gamma 1 Single Well系列的伽馬計數儀，以及Wiper系列擦拭測試計數器。

在以往的生產過程中，LTI的產品采用的是機械加工模式，由于制作技術的原因，產品在進行設計時遇到一些限制，導致一些較為復雜的線條設計難以實現。

計數器外殼的制作相對簡單，只需將一整塊冷軋鋼切割成設計的形狀和尺寸即可。但探測器的制作卻較為復雜。為了保護探測器中心晶體參數不被損毀，需要在外圍設置一層保護裝置。制作保護裝置首先需要對實心鋼管進行打孔，制作出完全貼合中心晶體尺寸與輪廓的中空結構。其次，為了保障密封性，在鋼管的另一端還需要再焊接一塊鋼板。從機械加工工藝來說，制作這種結構復雜的零件難度較大，需要用到的工具較多，因此加工成本也較高。

3D打印技術擴寬了設計的自由度

為了控制生產成本，不再單純依靠昂貴的機械加工工藝，在綜合考慮之后，LTI決定嘗試采用3D打印技術，代替高成本的機械制造。經過對比與測試不同3D打印品牌產品后，LTI最終選購了Raise3D Pro2 Plus大尺寸3D打印機。

Pro2 Plus的電動升降雙噴頭擠出系統(tǒng)，支持打印復雜的機械部件。大尺寸打印倉，可以實現大尺寸零件的一次性打印。同時，Pro2 Plus最高溫度可達300℃的加熱能力，可以兼容多種打印材料。在對不同材料以及品牌進行試驗后，LTI最終發(fā)現Polymaker PolyMax? PC材料是最合適用作其產品的3D打印材料。

在選擇了合適的3D打印設備以及線材后，LTI利用3D打印定制化的優(yōu)勢，制作出從前用鋼鐵難以實現的復雜設計。例如，將外部加強板傳統(tǒng)的直角設計改為更為現代化的圓角設計。

當LTI將3D打印部件與原本機械工藝生產的部件進行比較時，他們發(fā)現圓角設計不僅美化了外觀，還在一定程度上增加了產品的安全性，可以避免直角在發(fā)生沖撞磕碰時造成的傷害。

在傳統(tǒng)的機械加工工藝中，制作圓角設計需要使用到大量的刀架操作技術以及更先進的解決方案，因此難以實現，同時，成本也更高。這就是為什么LTI在產品設計方面一直受限的原因，但在引進3D打印技術之后，這個問題得到了解決。產品設計師可以設計出更美觀，性能更強大的產品。

 圖 | 舊版計數器外形設計（左） vs 新版外形設計（右）

由于3D打印幾乎能夠實現任何形狀的打印，且無需更換額外的制作工具，這使得LTI的產品開發(fā)過程變得更加順暢。無論是產品的外殼還是組裝槽，抑或是通風口等帶有功能性的特征，都可以使用CAD軟件精確制作出數字模型，然后再使用3D打印機制作完成。

圖 | 3D打印機制作的備件成品

在這個零件開發(fā)高速更新?lián)Q代的年代，能實現定制化制作的Raise3D打印機不僅可以完成各種復雜設計的生產，同時還具有良好的用戶體驗。Raise3D Pro2 Plus雖然可以實現大尺寸打印，但機器整體的尺寸卻并不龐大，無需占用過大的空間，可以置放在任何空間。正如LTI將其置放在生產線旁邊，以方便工程師在打印過程中更好的觀察生產過程，及時檢查生產中或許會出現的問題。

圖 | 辦公室中正在運行的Raise3D打印機

功能強大的3D打印軟件可將打印過程“最優(yōu)化”

LTI利用Raise3D的切片軟件ideaMaker中多參數可調的特性，對自己模型的打印過程進行靈活的優(yōu)化，尤其在實現最佳的外觀質量和尺寸精度方面。LTI從ideaMaker的模板庫中選擇了0.1mm層高的選項，高精度的設置可以使產品尺寸更精確，外觀也相對更細膩。

在保持尺寸精度的同時，LTI充分利用了ideaMaker中可隨意調配材料配置文件的優(yōu)點，通過優(yōu)化打印參數，可以降低材料的收縮率。因為熱脹冷縮的原理，噴嘴擠出線寬的實際值和理論值存在差異，ideaMaker則允許用戶從多個角度來控制材料的擠出過程，來控制打印過程。通過控制打印參數來改善實際模型的效果。

圖 | 由PolyMax?PC打印的功能汽車千斤頂

對于伽馬計數器和Wiper的擦拭測試計數器來說，UL防火等級很重要。Polymaker的PolyMax PC具有良好的阻燃性。

圖 | 后期處理前（左）vs 后處理后（右）

3D打印有助于提高產品質量，降低生產成本

經過幾個月的開發(fā)，LTI通過3D打印技術實現了產品優(yōu)化。通過重新設計結構，使用Polymaker PC打印制作的新外部加強板與原本的冷軋鋼一樣堅固，但重量卻輕了9.5公斤。原因是PC的密度只有1.2克/cm³，而冷軋鋼的重量是7.8克/cm³。PC材料足足輕了6倍之多。在生產成本方面，使用3D打印后，LTI將成本減少到了原有的1/4，其中，材料成本更是縮小到原本的6%。