增材制造系统供应商在几周内设计出工业级 3D 打印机，实现零件供应转型

缩短复杂零件的交货时间

Schubert Additive Solutions (Schubert Additive) 隶属于位于德国克赖尔斯海姆的 Schubert Group，是包装机械和解决方案的领先制造商。该集团设计和制造基于机器人的数字化包装机，专注于简单机械、智能控制技术和可扩展模块化之间的相互作用。Schubert Group (Schubert) 为制药、化妆品、饮料、食品和糖果以及技术产品等广泛行业提供初级和二级包装的交钥匙解决方案。

包装应用通常需要少量的复杂零件和组件。因此，Schubert 是增材制造 (AM) 技术的早期采用者。自 2012 年以来，公司一直在使用选择性激光烧结 (SLS) 来生产复杂的零件，这些零件可以取代由多达 190 个加工零件组成的装配。

定制设计的机器人夹持器显然就是将产品与包装相匹配的增材制造应用。Schubert Additive 首席技术官 (CTO) 康拉德·赞 辛格表示：“Schubert 机器人支持的包装解决方案中的这些关键组件需要快速就绪，无论是作为备件还是支持产品变更。”“过去，尽管它们是在增材制造设备上生产的，但它们仍然需要几天时间才能到达相应的地方。”

这促使我们萌生了利用数字化的想法，通过扭转供应链来显著缩短增材制造组件的交货时间。Schubert Additive 在 Siemens Digital Industries Software 的 NX™ 软件中找到了帮助他们实现这一目标的解决方案，这是一个完整的设计到制造解决方案。此软件帮助该公司在几周内设计了一台工业级 3D 打印机，从而改变了零件供应，并将零件交货时间缩短了 90%。

Schubert Additive 利用 NX 打造了 Partbox 工业级 3D 打印机，其尺寸精度为 ±0.1 mm。他们还与一家塑料制造商合作，创造了一种效果理想的长丝材料。

设计工业级 3D 打印机

赞辛格指出：“大多数所需的零件都可以由塑料材料制成，并使用熔丝制造进行 3D 打印，这是一种已经使用了多年的成熟技术。”“Schubert Additive 的成立是为了让客户能够接收订购零件的数字化制造数据，并使用工业级增材制造在现场按使用付费生产。”

在此之前，Schubert Additive 需要克服几个障碍。一是 3D 打印设备的质量和可靠性。“最初，我们使用领先制造商的现成 3D 打印机，”赞辛格说。“不幸的是，这台设备没有达到我们的预期。”这些产品缺乏机械稳定性且印刷质量不高。它们不能可靠地生产出具有所需尺寸精度和表面质量的零件，并且需要大量的照看，这在工业生产环境中偶尔使用的情况下是不可接受的。

为了满足这些要求，Schubert Additive 使用 Siemens Xcelerator 软件、硬件和服务业务平台的组成部分——NX 创建了一种全新的 3D 打印机，称为 Partbox 解决方案。它包括用于计算机辅助设计 (CAD)、计算机辅助制造 (CAM) 和数控 (NC) 编程的软件，用于模具和夹具设计、零件质量控制、机器人编程、生产线规划和增材制造。 由于 Schubert Additive 工程师的时间紧迫，专用软件工具与完全信息一致性的 NX 组合派上了用场。“通过使用 NX 创建和验证 Partbox 的数字孪生，我们的设计工程师能够在几周内完成任务，尽管在新冠 疫情期间工作条件艰苦，”赞辛格确认道。“他们只需要一个用户界面即可进行机械设计和验证、程序生成和增材制造特定任务，这对他们有很大帮助。”

为了实现所需的稳定性和可靠性，Schubert Additive 工程师运用了 NX for AM 中包含的设计、拓扑和构建准备优化工具。这包括切片软件，他们以前一直在使用现成的 3D 打印机。当他们切换到 NX 时，不需要对编程进行任何更改。

西门子增材制造网络用于接收增材再造的 CAD 数据，并无缝集成到 Partbox OS 中。（图片由 Thorsten Hiller 提供）

全球增材制造环境

赞辛格表示：“NX 提供的前沿设计工具和专用增材制造功能，还可以赋能零件供应商轻松改造增材制造的传统设计。”“这提高了增材零件的可用性，即使它们最初是为传统制造而创建的。”无缝关联性和可重复性减少了导入和导出文件甚至重新创建现有设计的必要性，大大减少了所需的时间和转换错误。

Schubert Additive 团队需要克服的另一个障碍是安全性，特别是保护零件设计师的知识产权。“我们之前无法将文件传输给客户，”赞辛格说。“我们必须找到一种安全的方法，将经过认证的打印作业直接流式传输到 Partbox，而无需将数据存储在可能被错误检索的地方。”

为了克服这一障碍，Schubert Additive 工程师创建了 Partbox 操作系统，包括用于重新设计的 CAD 文件，这些文件通过西门子增材制造网络接收。作为一个在线数字仓库，该操作系统允许客户从零件制造商那里获得打印许可证，而不是真正的零件。这些许可证以认证打印作业® (CPJ) 的形式提供，是该系统的技术 DNA。它们通过长期演进 (LTE) 连接流式传输到选定的打印机，因此 Partbox 打印机不需要网络基础设施和与企业网络的集成。

Partbox 操作系统是开放的，因此客户在选择供应商时不受限制。他们还可以上传自己的零件或夹具打印作业，并将其存储在零件流平台中，以便在需要时随时随地打印。因此，他们可以减少库存，同时保持较高的零件可用性。购买 CPJ 而不是零件，并在 Partbox 3D 打印机上本地生产零件更具可持续性，因为这避免了与运输相关的污染。它还节省了时间，因为它免除了流程、运输成本和清关。

Partbox 按需零件生产（包括增材制造友好型重新设计）通常需要一天时间，而不是 1.5 周加上运输时间。这一比例减少了 90% 以上。对于备件，这可能意味着不间断运行和停机几天时间之间的区别。“我们利用数字化转型彻底改变了零件的分销和生产，”赞辛格说。“得益于 NX 所有部分的端到端数据一致性，我们能够在这个改变游戏规则的过程的各个方面编织一条数字主线。”

使用增材制造将用于咖啡奶油部分包装的真空夹具的零件复杂性从 192 个车削零件、18 个复杂铣削零件和 1,024 个螺钉降低到 3 个零件和 8 个螺钉，将装配时间从 1 天缩短到 10 分钟。