西門(mén)子能源技術(shù)應(yīng)用中心（TAC）是為工業(yè)市場(chǎng)提供世界級(jí)工業(yè)快速解決方案，利用各種技術(shù)（包括機(jī)器人、掃描、數(shù)字工具以及增材制造和減材制造等）為工業(yè)問(wèn)題提供設(shè)計(jì)、工程和快速原型解決方案，以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。

TAC為西門(mén)子能源的全球工程業(yè)務(wù)提供支持，并為各類(lèi)客戶(hù)解決設(shè)計(jì)和工程問(wèn)題。TAC的技術(shù)組合中最新增加了Markforged的Simulation（仿真）功能，該技術(shù)使工程師能夠在Eiger工作流程中模擬測(cè)試零件的強(qiáng)度和剛度。工程師可以利用該技術(shù)優(yōu)化打印中添加的連續(xù)碳纖維材料的使用和位置，從而在零件強(qiáng)度與打印時(shí)間和成本之間取得平衡。

■ 燃?xì)廨啓C(jī)葉片夾具

西門(mén)子能源公司生產(chǎn)的大型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用于為全球客戶(hù)發(fā)電。它們包含多環(huán)靜態(tài)葉片，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料點(diǎn)燃后引導(dǎo)熱氣流動(dòng)。這些葉片含有陶瓷涂層，可抵御高達(dá)4,000°F的高溫。西門(mén)子能源利用數(shù)字鍛造技術(shù)（Digital Forge）對(duì)部件進(jìn)行持續(xù)測(cè)試，并不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)理念，從而提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。

葉片平均重15磅，長(zhǎng)達(dá)3英尺，必須牢牢固定在夾具中，當(dāng)高達(dá)600°F的空氣通過(guò)葉片時(shí)，葉片將模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件。如果夾具掉落葉片，可能會(huì)造成數(shù)千美元的損失。不僅如此，還很難確定損壞是由日常發(fā)動(dòng)機(jī)磨損還是葉片掉落地面造成的。

以前，在這些測(cè)試中使用金屬和墊片夾具來(lái)固定葉片。但這些夾具的加工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6周，硅膠墊片的模具費(fèi)用高達(dá)10,000美元。因此，TAC團(tuán)隊(duì)開(kāi)始用Onyx和高比例的連續(xù)碳纖維來(lái)生產(chǎn)這些夾具，以確保它們有足夠的強(qiáng)度來(lái)牢牢固定葉片。但這樣做有時(shí)會(huì)導(dǎo)致打印時(shí)間超出預(yù)期，浪費(fèi)材料。

Markforged的仿真功能使TAC團(tuán)隊(duì)能夠以更省時(shí)、更經(jīng)濟(jì)的方式創(chuàng)建耐用的夾具。當(dāng)他們有機(jī)會(huì)對(duì)集成了新仿真工具的Eiger版本進(jìn)行beta測(cè)試時(shí)，他們認(rèn)為這是一個(gè)優(yōu)化定制夾具強(qiáng)度和打印時(shí)間的機(jī)會(huì)。

由于客戶(hù)對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)（CFR）零件強(qiáng)度或剛度的影響缺乏信心，仿真剛好可以幫助他們克服這一知識(shí)障礙，使他們對(duì)CFR更有信心。這讓他們減少了高達(dá)60%的碳纖維用量，并縮短了多達(dá)75%的打印時(shí)間。

TAC團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，仿真技術(shù)可以讓工程師通過(guò)傳統(tǒng)有限元分析（FEA）運(yùn)行夾具設(shè)計(jì)所需時(shí)間的一小部分內(nèi)完成設(shè)計(jì)優(yōu)化。Markforged的仿真可指導(dǎo)用戶(hù)應(yīng)用邊界條件，并針對(duì)零件中使用的Markforged材料進(jìn)行優(yōu)化。此外，它還使TAC團(tuán)隊(duì)能夠在Eiger工作流程中高效地執(zhí)行結(jié)構(gòu)分析。

在3D打印之前 利用仿真功能驗(yàn)證葉片夾具的性能

■ 機(jī)械臂背包

在某些類(lèi)型的精密檢測(cè)應(yīng)用中，機(jī)械臂用于將傳感器放置在靠近被測(cè)部件的位置，它包含可編程邏輯控制器、傳感器、空氣系統(tǒng)和其他組件，用于支持臂端傳感器。TAC可創(chuàng)建各種背包配置，以適應(yīng)不同的傳感器包。在應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中，機(jī)器人末端效應(yīng)器上傳感器的數(shù)量和類(lèi)型可能會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致背包配置的改變。

傳統(tǒng)的金屬制造背包需要花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)制造，從而限制了在項(xiàng)目期間更新背包設(shè)計(jì)的頻率。使用3D打印技術(shù)制造大型背包，它們通常比傳統(tǒng)金屬背包更靈活，無(wú)法將不必要的慣性反饋傳遞給機(jī)器人手臂。

使用Onyx生產(chǎn)機(jī)器人手臂背包使TAC團(tuán)隊(duì)能夠快速迭代背包設(shè)計(jì)。例如，他們可以根據(jù)每個(gè)新版本的需要，輕松添加新的安裝點(diǎn)和其他必要功能。利用Markforged的仿真技術(shù)，可以快速實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)特性，在制造時(shí)間和對(duì)更高硬度結(jié)構(gòu)的需求之間取得平衡。通過(guò)仿真，TAC團(tuán)隊(duì)可以在打印之前看到設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。

機(jī)器人手臂背包的模擬視圖

3D打印機(jī)械臂背包

TAC團(tuán)隊(duì)之所以采用Markforged的仿真技術(shù)，是因?yàn)樗転樗麄儙?lái)幾大好處：首先，它為他們提供了快速、準(zhǔn)確的零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析，使他們能夠在快速打印時(shí)間與零件結(jié)構(gòu)合理的要求之間取得平衡。這些數(shù)據(jù)還有助于他們?cè)谂c客戶(hù)討論時(shí)證明3D打印技術(shù)所生產(chǎn)零件的結(jié)構(gòu)能力。

TAC團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，Markforged的仿真功能可以幫助他們確定每個(gè)零件的最佳打印方向，這不僅會(huì)影響零件強(qiáng)度，還會(huì)影響打印時(shí)間。

隨著該軟件的不斷發(fā)展，TAC團(tuán)隊(duì)相信它將成為熔融堆積成型（FFF）3D打印部件開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可或缺的工具。