加速機械製造業產品生產效率
■惠普資訊科技 / 黃美琦 協理
前言
隨著產業急速轉型的需求強度日益增加，疫情更加深了產業佈局的思考深度。一般機械生產線的零件生產通常採用傳統CNC/射出成型。但是，隨著行業商業模式的轉變，如何提高製程效率、增強設備功能、優化零件生產方式，是設備製造商當前必需面對的課題。透過積層製造技術，搭配優異的材料高性能，新的成型技術已經可以降低總體成本，為產業提供獨特/定制的小批量生產解決方案，提高生產效率，並最大程度地延長設備的正常運行時間。
3D技術為製造業帶來新契機
HPMultiJetFusion惠普多射流熔融是種不需支撐結構的3D粉床列印技術，在3D應用領域相對是新穎技術。使用者可在不增加成本的情況下設計複雜的幾何形狀。同時其成型速度、節省成本、零件強度和營運效能都帶來亮眼表現。多射流熔融技術可以生產精確的功能原型和最終零件，包括彩色零件。
借助內部定制的原始零件和備件生產，HPMJF可幫助快速適應生產線的變化，提高生產線的靈活性，滿足優化結構設計需求。最大程度地減少機械和生產線間的停機時間以及相關成本，幫助降低設備維護成本。與現有生產方法相比，可將交貨週期從數週或數天縮短至數小時。
MJF多射流列印流程可以控制到每個體素級別的熔劑噴射在粉末上的確切流量。列印過程包括了兩種不同類型的熔劑「助熔劑」和「精細劑」。助熔劑用來噴射在需要固化的區域，幫助粉末熔融在一起，其餘粉末保持不變；精細劑噴射在零件的邊緣區域，以便區分熔融和非熔融區域，同時保證精細的細節和光滑的表面。接下來，紅外能量源掃過構建平台，成型溫度大約183度讓熔劑和尼龍粉末材料間產生反應，使材料選擇性熔融成型，層層累積，最終完成產品的成型。成品密度大約為1.01g/cm3(PA12)，可製做彎管或氣密水密等產品。在每一層成型過程中，透過900個熱監控攝像頭（大約每0.5吋間隔）來監制零件內部溫度，以確保良好的零件機械性能、強度及尺寸精度。並可預測每個體素Voxel（0.0016英寸）的累積熱量或損失，藉以及時調整熔劑用量。
應用案例：Sigmadesign標籤機真空零件
Sigmadesign是一家專為客戶定制機械設計生產商。當客戶要求設計生產高價值小批量的機械時，往往要耗費大量時間人力。其中一個水果標籤機客戶要求每小時貼數千張標籤之同時，需確保精度又不能損壞水果。該標籤機其中一個小關鍵零組件僅需500個，但需搭配機械手臂且真空壓力需控制於-2to-3psi/-0,138to-0,207bar間，客戶要求該零件品質必須足夠精確，以允許將螺紋嵌件熱刺入每個上部孔洞中。重要的是，要在特定公差範圍內製造這些孔洞，以在熱固處理後保持螺紋配件和零件之間的最大強度。最終Sigmadesign採用HPMJF來加強其機械應用。滿足客戶要求的機械性能之時，同時也因無需定期清潔傳統金屬零件裡的殘膠，而大幅降低售後維修成本。單一零件成本從原來的90美元，大幅下降到0.26美元，成本節省將近100倍。
彩色小批量生產：提昇產品生命週期效率惠普基於原有的功能性零件製造技術優勢，於2019年進一步推出彩色機種MJF580。提供與工業型機種相同之零件強度（層厚0.8公厘）。列印五個30公分立方之零件大約只需5小時。採四種助劑（助熔劑FA、精細劑DA、亮色助熔劑BFA、彩色染劑）。助熔劑從紅外光線中吸收最大能量維持成品強度，因此內核仍是黑色。而亮色助熔劑透過顏色感知原理（物體的表面屬性、入射光、觀察者三者結合產生的感知）讓成品外觀基底視覺呈現白色。CMYK四色助劑讓成品透過HPSmartStream3DBuildManager將RGB值或Pantone/RAL值轉換成現成所需的色彩表現。
結語
透過HPMJF580的建構尺寸(332x190x248)，可快速獲得功能性原型，即時提供工廠組裝生產線上必要的夾治具定制及優化零件，或於零件上直接列印彩色QRCode，讓組裝流程視覺化且更簡明順暢，同時透過自動化管理流程導入零件/庫存管理數位化，完整滿足產品生命週期需求，提昇產業競爭力。■
