从电动汽车到无人机,再到自主机器人等,电气化正催生出对能够快速、经济地小批量生产的连接器的需求。为了满足这一需求,供应商正在积极利用3D打印技术来生产连接器。
传统上,制造连接器通常涉及注塑成型技术,这需要制造昂贵的钢模具或工具,既耗时又成本高昂。然而,当生产规模达到大量零件时,这种方法的成本效益才变得显著。但对于小批量生产而言,这种成本就变得令人望而却步。
在如今快速变化的市场环境中,设计经常需要修改和更新。因此,在对零件进行大规模生产之前,进行小规模的试运行以进行测试和调整变得至关重要。
幸运的是,3D打印能力正在不断扩展。目前,已经有一些可投入生产的连接器开始限量供应,这预示着距离全面生产可能并不遥远。随着技术的不断进步和成本的降低,我们有理由相信,3D打印连接器将在未来发挥更大的作用,满足电气化领域对连接器小批量生产的需求。
定制和原型设计
3D 打印技术通常被纳入连接器制造商的原型设计流程中,其显著优势在于能够将原本可能需要20周或更长时间(这通常涉及钢模的制造)的周转时间大幅缩短至仅4周,有时甚至更短。这种效率的提升使得制造商能够更快速地响应市场需求,加速产品的迭代和优化。
3D 打印技术在生产绝缘体、固定导体的塑料和橡胶件方面展现出巨大的潜在价值。一些客户对于导体的配置有着特殊的需求,例如需要20个小信号导体和4个大功率导体。或者他们可能希望将连接器放置在电路板上时,信号导体能够远离电源导体,以避免信号干扰。
传统上,航空航天连接器的绝缘体制造过程涉及使用非常昂贵的硬模具,这不仅成本高昂,而且制造周期可能长达一年,包括模具制造、鉴定以及新产品的生产。然而,如果我们能够成功开发3D打印版本,那么将能够在短短两到四个星期内生产出具备电气功能的部件。这将极大地提高生产效率,降低生产成本,并加速航空航天领域的产品创新。
“通往量产的桥梁”
当我们询问连接器客户他们计划如何使用 3D 打印连接器时,他们普遍表示是为了满足第一个样件生产或紧急支持的需求,而非大批量生产。
举个例子,某个客户可能正在为某汽车厂家设计一款地面车辆,该车辆计划用于展览展示,但必须在极短的时间内完成。在这种情况下,3D 打印技术就发挥了关键作用,能够迅速生产出所需的连接器样件,以满足紧迫的时间要求。
另一种常见的用途是进行台架测试。例如,客户正在构建第一个样品电缆,并需要进行电气测试以验证其工作原理。这些通过3D打印生产的连接器在电气性能方面表现出色,与同类产品一样具有相同的额定电压。
然而,需要注意的是,实验室环境与实际应用环境可能存在差异。在测试过程中,我们发现温度是一个限制因素。连接器通常需要承受高达200°C的温度,但在3D打印连接器的测试中,发现125°C几乎是出现问题之前的极限。尽管有更高温度的材料可供选择,但这可能意味着牺牲一些细节或强度。因此,我们在设计过程中必须做出最佳的权衡。
虽然3D打印还不能称之为一个成熟的产品,但它可以被视为从设计到生产之间的一座桥梁。这是一个功能完备的连接器,但在使用时需要注意一些限制条件,如温度等。
尽管3D打印技术能够提供非常高的精度,但在生产过程中仍然可能出现一些错误。例如,表面上可能会出现划痕或孔隙,对于较大的零件,有时可能会遇到一些公差问题。为了解决这个问题,我们开发了目视检查工具,并结合机器学习技术,在制造这些零件时能够立即确定是否保留该零件或进行替换。这有助于确保最终产品的质量和可靠性。
3D 打印设计
虽然可以 3D 打印专为注塑成型而设计的连接器模型,但最好是专门针对 3D 打印进行设计。
一粒小沙子或很小的粉末可能会进入空腔,我们必须将其清除,否则这会增加后处理时间。然而,如果从一开始就为增材制造进行设计,使用可用的工具和我们的指南来制作角度和空腔,以便在打印时粉末或液体流出,那么在打印时需要清洁的东西就会少很多。
可持续发展
许多生物基树脂和粉末的问世有助于 3D 打印的可持续性。系统现在可以捕获零件制造后剩余的任何额外粉末。这些粉末可以返回料斗以用于下一批。
通过注射成型,一旦将颗粒熔化并将其注射到模具中,我们就不能将其磨碎并像以前一样重复使用;这时候不得不将其与原始树脂混合,最终只有10-20%可以被回收,
3D 打印连接器的未来
连接器3D打印技术已经逐渐从实验室转移到车间。有几个关键因素,包括批量大小和零件尺寸,决定了这项技术是否适合大规模生产。
我们目前正在步入工业规模3D打印的新阶段。虽然目前这种情况尚未普及,但应用比例每年都在增加。上市时间是一个关键的推动因素。客户意识到,通过选择3D打印技术,他们可以更快地完成任务,缩短产品上市时间。此外,生成式人工智能正在协助工程师设计出只能通过3D打印实现的结构。
设计要点
生产时间—3D 打印连接器可能需要 4 周(或更短),而注塑成型则需要数月(甚至一年)。
标准化—3D 打印非常适合小批量生产的任何类型的定制连接器,用于原型设计、测试,在某些情况下还适用于最终产品。随着质量的提高,3D 打印越来越接近生产符合军事和其他标准的生产质量连接器。
材料规格—3D 打印连接器通常由聚合物制成。有些金属也可以进行 3D 打印。聚合物必须具有电绝缘性、尺寸稳定且能够承受高温。
工艺—SLA(立体光刻)和 DLP(数字光处理)是两种常用于生产连接器的 3D 打印工艺。
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