借助 3D 打印技术创造商业价值

在 TE 的各个工厂中安置打印机

3D 打印材料和硬件的最新进展为改变制造商的运营方式和工程师的思维方式创造了机会。作为世界上首批采用 3D 打印技术的公司之一,我们正在利用该项技术来节约成本、缩短上市时间和提高开发产品的效率。

作者:

Mark Savage,增材制造首席开发工程师

Robert F. Zubrickie,3D 打印与制样中心制造工程师

在全球,大多数电子元件通常都是采用注射成型、冲压和电镀等传统工艺制造的。 虽然当前的生产设备与过去几十年相比,可以更高效地完成这种劳动密集型工艺,但该技术不能快速轻松、经济高效地生产复杂的形状。

 

为了获得这种能力(特别是在制造少量零件时),包括 TE 在内的制造商正在尝试替代的生产方法,例如 3D 打印。3D 打印是一项很有潜力的技术,它可以经济地生产出复杂的最终用途元件,满足当前日益小型轻质的集成电子产品的需求。

 

3D 打印也称为增材制造 (AM),制造商借助该技术,能够在精确复杂的形状中逐层添加所需材料,并加入增强设计以支持一定的几何形状。尽管 3D 打印技术已有 30 多年的历史,但只有在过去十年间才得以加速发展。

 

虽然在某些情况下 3D 打印不是最佳选择(例如几何形状过于简单,可以对设计进行简单的机加工),但在制作带端子和外壳,甚至整个固定装置并连接了线束的连接器时,3D 打印非常高效。

 

采用此技术可以生产更轻、更坚固的产品,提高生产速度,减少浪费,可获得适合复杂几何形状的元件。

在 TE,我们早在 1987 年就通过 AMP(我们的前身公司之一)引入了 3D 打印技术。 当时,我们是全球在生产环境中测试和使用该技术的六家公司之一。TE 员工和 3D 打印的倡导者 Robert (Bob) Zubrickie 是一名天生的机械程师,1979 年加入 AMP,现在管理着 TE 位于宾夕法尼亚州的 3D 打印与制样中心。他首先兴起采用 3D 打印技术,在宾夕法尼亚州哈里斯堡和北卡罗来纳州夏洛特的工厂使用了立体光刻机(也称为 SLA 或 SL)。

 

当时,我们使用 SLA 快速制造连接器等产品的样品。由于这些早期的设计是使用液体树脂制造的,因此我们能够以逐层方式生产出非常精细的零件。借助 SLA,我们可以将客户的图纸转变为功能齐全的产品,为客户提供可握在手中的三维物体,以便他们能看到所有想要的复杂几何形状。尽管该项技术当时在客户中引起了轰动,但早期的 3D 打印技术有一个致命缺点:当时可用的材料只能生产非常脆的样品。模型很容易损坏,因为脆性常常无法演示设计的功能。

 

尽管在 20 世纪 80 年代末到 90 年代中期,3D 打印技术的创新速度有所放缓,但我们的团队仍然专注于寻找一种能让我们获得竞争优势的方法。在此期间,当早期从业者聚集在一起参加第一届 AM 研讨会时,我们调研了这些机会,并在内部投入精力去了解这些机器和材料。我们的努力很快使 TE 成为少数几家战略性地考虑 3D 打印在制造环境中的潜在用途的公司之一。多年来,在 Bob 团队的帮助下,我们尝试使用 SLA 将打印技术变得易于使用,向我们的工程师介绍 3D 打印机,并与树脂制造商密切合作以测试新材料。这项工作使我们能够快速重复地试验。

  1. 利用材料科学技术解决客户面临的挑战(英文版本)

我们的工作正在改变世界的连接方式,甚至深入到分子水平。观看技术副总裁 Jim Toth 探讨 TE 在这个领域的先进研发技术。

目前,我们位于宾夕法尼亚州的 3D 打印与制样中心使用了七种不同技术及三十种材料。 2017 年,该中心通过新的在线工单系统完成了 700 多份工单(平均周转时间为 3 天):在生产和制样项目上仅六个月就总共节省了数百万美元的成本。现在,我们正在寻找直接用 SLA 机器制造出电子元件的高质量、具备功能的样品的方法。

我们在 3D 打印技术方面的成功和持续投资,为我们奠定了扎实的基础,已从过去在单一地点热诚工作的一小群 3D 打印专家演变成迅速扩展的全球工程师和技术人员网络,他们身处各个行业,接受 AM 并期望应用 3D 打印技术。我们能够在整个 TE 中有效集成 AM 都是众多参与增材制造 CoE 的员工的成果。

在 TE,我们投资了一整套 3D 打印技术。

在 TE,我们投资了一整套 3D 打印技术。其中包括使用工程聚合物打印的熔融沉积成型 (FDM) 机,以及使用光聚合物的喷射机和 SLS 机。我们也有用于金属打印的直接金属激光烧结 (DMLS) 机以及使用强度类似于工程聚合物的光聚合物的数字光学处理 (DLP) 打印机。

通过 CoE,我们分享最佳做法,并帮助生产团队了解 3D 打印如何帮助他们更有效地减少材料浪费和制造成本。 例如,我们的团队现在正在 3D 打印少量夹具,我们在内部就能以更低成本生产工具,不用花巨资添置生产机械。最近,我们的 AM CoE 启动了一项 3D 打印机租借计划,帮助我们将这项技术推广到全球工厂。通过该计划,任何 TE 工厂都可以借用 3D 打印机在现场测试和运行。这种体验有助于生产团队直接了解 3D 打印技术,并使他们能使用 3D 打印机在日常工作中节省成本和时间。该计划将帮助我们在美国、亚洲和欧洲地区推广使用 3D 打印技术。

 

通过为团队提供 3D 打印机,让他们在应对连接挑战和设计不同的复杂几何形状时,能够以不同的方式思考问题。由此,他们将学习如何选择最适合其工作的 3D 打印机,以及如何避免在运行 3D 打印机时经常遇到的导致本可避免的停工的许多问题。

3D 打印机。
通过为团队提供 3D 打印机,让他们在应对连接挑战和设计不同的复杂几何形状时,能够以不同的方式思考问题。

致力于创新投资

今天,在 3D 打印技术首次引起制造商关注的 30 年后,这项技术仍处于初级阶段。我们即将迎来 3D 打印促使制造商在生产环境中达到新效率的时代。由于越来越多的工程师和制造商接受 3D 打印优先的方法,我们将迎来这一引爆点。在 TE,由于我们在 3D 打印技术领域持续投资,可以帮助客户在当前和未来市场赢得关键优势,从而能够更加从大处着眼,快速发展。