快速注模与快速成型：一种新生的快速制造商 - 文章

快速注模与快速成型：一种新生的快速制造商

作者：Joseph Ogando 来源：PT现代塑料

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急切和等待。这是一句描述定制零件制造非常适用的箴言。尽管你想尽快将产品投入市场，然而，为了得到功能样机和小批量制造的零件，你将不得不等待。你将用几天甚至几周的时间才能从供应商那里得到准确的报价。你将等待那些供应商提出的可制造性的建议。你将等待几周或几个月的时间，零件才能到达。

现在，振作起来吧。你等待的日子就要结束了。正在浮现出来一种快速制造供应商，他们使获得定制零件的过程变得流畅。这些供应商卖的不仅仅是零件，而是时间。他们中的一些可以在几分钟内告诉你准确的报价。他们中最快的只用3到5个工作日，就能提供保证产品质量的注模零件；而传统的供应商，往往需要十天甚至几周的时间。另外一些同时还提供加工金属零件，只需要用几天时间。通常，只有当你的零件设计简单，并且与一家有生产余力的车间有很好的关系，定制零件才能在上述的时间范围内完成。供应商们为了得到最好的价钱，使这些塑料零件和金属零件的完成时间可能延长到两周或三周。即使如此，还是比传统的制造商要快得多。

快速制造商能够使报价过程自动化，但是他们仍然使用传统制造技术生产实际零件，
例如CNC 切削机床。（照片提供：Protomold 公司）

现在的快速制造零件供应商用不同的方法来增强他们的制造过程。其中一些发展成为快速成型服务机构。Terry Wohlers，一位研究快速成型技术和快速制造的顾问，他估计现在全球大约有400家这样的服务机构。他说：“他们中的多数都能做一部分快速制造。” 另外一些快速制造商来自传统的加工车间，他们通过学习使生产管理变得更精益化，反应速度更快。Wohlers还说：“在快速制造方面，快速成型服务机构和传统的制造商之间有一些重叠的地方。”

然而，有少数快速制造供应商与传统的制造商之间差别很大，他们有两个与众不同的重要特征：其一，他们研究出了基于网络的尖端软件，使不同程度的设计分析、报价和订购自动化；其二，他们也同时乐于使用传统的制造方法，以使他们的零件能够忠实地模仿甚至代替传统的零件生产。

在线车间

如果快速制造商共享一个指导原则，即在报价和订购方面像传统制造商那样，就可以节省大量的时间。传统的报价通常需要在某些方面不断地与零件的设计者进行沟通。他们打电话，发电子邮件，重新探讨CAD文件。反复推敲设计方案。所有的这些步骤，做起来就得花费几天或几周的时间。

不同的快速制造商在报价和订购上有截然不同方式，其中一种与在线商店非常的相似。eMachineShop的总裁并创立者Jim Lewis说：“我们把自己看作定制零件制造业中的Amazon（亚马逊，美国著名在线交易网站）。” Jim Lewis并不是唯一的快速制造商实行在线交易。

为了使定制零件制造业更像零售行业，快速制造专家们投资自动的报价软件，这种软件能够解释费用因素的综合影响。这些以知识为基础的系统都是从零件的CAD图开始的。它们能够自动地分析零件的几何构成，并综合许多制造业的要求——例如，机床的型号、精加工选项等等。之后软件在几分钟到二十四小时内返回零件的报价。整个报价和订购的过程可以在线完成或者通过基于网络和单机结合的软件。

金属零件快速制造供应商专注于三轴铣削加工。然而，
eMachineShop 提供的更多，
包括板材弯曲、激光切割和冲压等。

以上是基于这些系统普遍的观点。然而，实际上，不同的供应商提供不同程度的自动化。最先进的系统产生报价时，只需要在最开始由用户提供CAD文件、选择少量相关参数如产品批量、递送时间和制造选项，之后就不需要人工参与。例如快速注模的先驱者Protomold，研究出了一种基于网络的软件，这个软件可以评估设计、如果有必要建议对其修改、产生报价，并且将以上所有信息生成一份网上的交互式报告——这些工作都在一个工作日内完成。工程师们在这些报告送出去之前进行复查，但这通常只是形式上的。实际上，Protomold的总裁Brad Cleveland说自动化除了更快，还有效的提高了报价的准确性以及一致性。他说：“将来会从我们这里发现更多的自动化，而不是更少。”

eMachineShop同样使用了全自动过程，使工程上的复查减到最小。尽管eMachineShop公司的软件把产生实际的加工刀轨作为产生报价过程的一部分，它仍然可以在几分钟内返回报价。与其他的供应商不同，eMachineShop要求用户将他们零件的几何构成以及制造选项输入专用的二维CAD软件，这个软件是该公司免费分发的。

快速注模不仅用于原型件. FKI Logistex应用这种技术生产用于
它的仓库自动化系统中的零件。

QuickParts公司同时用两种方法实现报价的自动化。QuickQuote是该公司的在线自动报价系统，在用户提交CAD文件几分钟之后就能够返回详细的报价。对于一些复杂的设计或那些连续运转的机床，目前还不能使用这种实时的系统，QuickParts公司依靠一种半自动的方法，这种方法由工程师们借助内部设计分析软件和报价软件复查用户的CAD文件。在以上例子中，用户都可以在24小时内获得他们的详细报价。作为第三种选择，QuickParts公司还为那些不能或不愿意在线提交他们设计的CAD文件的用户提供单机版估价软件。这三种选择将持续存在一段时间，在这同时，QuickParts公司在继续研究实时、自动报价的选项。根据公司的运营副总裁Michael Maurice的意思，他们公司继续研究的原因并不仅仅是为了速度，而是为了报价的质量。他说：“我们的技术在报价上与传统的制造商相比具有更好的一致性。”

其他快速制造商都依靠半自动的方法报价，并且不打算脱离人工的参与。Take Toolroom Express就是一个例子，这个快速注模制造商今年年初开始经营，他的工程师们使用内部软件综合整理得出报价。然后在24小时内返回报价。该公司总裁Rick Haddock正致力于加速公司的报价过程，即便如此，他依然不打算减少工程师们的角色。他说：“我认为当我们的系统成熟以后，能够在几个小时内提供准确的报价。但是，制模和注模太复杂，我认为不可能实现完全自动化来复查设计。”

制造模型

这些现代的公司具有一组太空时代的制造设备，能够给予他们速度上的优势，是个很吸引人的想法。快速成型系统在快速制造中扮演着越来越重要的角色，例如激光固化快速成型和选择性激光烧结快速成型。

然而，现在传统的制造方法仍然统治着快速制造。三坐标机床制造了大多数金属零件，同时也制造了用于快速注模的凹凸模具，以上这些最终都是使用传统的机床。

无论什么制造方法，这些快速制造机构都有不同的方法加速实际零件制造。其中一些公司，例如Protomold和ToolRoom Express，他们自己制造所有的零件。而另外一些公司，例如QuickParts和eMachineShop，是将他们的制造任务外包给下属供应商。仅QuickParts一家公司，在北美有超过30家的供应商为它生产；eMachineShop为了保持最低的价格，则是将它的大部分制造任务送到遍布亚洲的供应商。

两种方法都有他们各自的优点。外包制造任务的这些供应商能够提供更多种类的制造服务。例如，eMachineShop在机械加工领域占有相当的份额，但同时，它能够提供的服务还有板材弯曲、激光切割和砂模铸造。

另一方面，自己生产所有的产品，就具有Cleveland所谓的“专注和规模”。专注，意思是公司能够精益求精它的生产流程技术，以改进和加速它的综合铣削加工、工具加工和注模操作。规模，意思是公司在任何时候都能够承担大量的制造任务，而不用担心下属供应商的生产能力问题。他说Protomold公司曾经仅用三周时间为一个客户生产了90个零件。

Protomold公司的自动设计分析系统能够快速标记出那些增大
花销或者
使零件与公司的快速注塑模系统不匹配的设计选项。

从客户的角度看，他们对于类似制造方式的依赖使得他们对两种制造方式都有需求，有时候是二者的交叉，根据不同的客户会有不同。他们中的一位坚持认为制造出的零件与功能样机没有区别。Xerox Corp.公司资深的塑料工程师Kurt Jenkins就是属于这个阵营的人。他解释了加工的塑料零件或那些用快速成型机制造的零件，在重要的功能测试尤其是动力学测试中，表面特性没有注模零件好的原因。注模零件表现出色的原因是在其注模过程本身就给予了内应力和表面特性，这使得其他原型不能与之相比。因此，Xerox公司Jenkin的小组在过去的三年中将超过100项工作交给Protomold做。他说：“当我们拿到用真实材料制造的真实零件的时候，我们才能够找出真正的问题。”

另外一种客户指望由快速制造商制造实际的零件。例如，FKI Logistex库存和分销部门一直依赖Quick-Parts的注模技术生产零件。Division的研究开发副总裁 Mark Hein回忆说，最初是求助于QuickParts，从它那里得到一些用于一家公司仓库的自动化产品中的发光开关罩和遮盖物末端盖的激光液态树脂固化（SLA）原型。他在线得到实时报价的两天后就收到那些原型。他说：“这个给我留下了深刻的印象。”于是，他开始考虑用供应商的快速注模服务来生产实际的零件。最终卖给他的零部件可以容易的从原型件转化为实际的模具。Hein说他最初向QuickQuote公司的提交推进了整个过程。他只提交了一次他的CAD文件，QuickParts就根据这个文件，制造了原型件和注模模具。并且他对待同一客户服务很具有代表性，他用铝模具将初始原型转化为小批量的产品，而现今的产品制造都是使用多模穴模具，产量超过50,000件/年。除了下订单，Hein说他“得到注模的零件以外没做任何事。”在制模的费用比过去增长了之后，FKI再也不必被迫购买模具了。

通过转向快速制造供应商来制造零件，FKI在获得塑料零件上采用了逐渐增加灵活性的策略。Hein描述这种快速生产的实用性为“完美的指标”。FKI的塑料零件在几何结构、耐用性、材料和设计的美观角度都相对简单。Hein说：“我们不做任何非常复杂的零件。”在他说的这种情况下，从花费的角度看，这样的策略对小批量的生产过程很有意义。

制造金属零件同样也使用快速制造方法。对于机械零件和金属板材零件，快速制造供应商只能在他们的价格、完成时间、零件质量和技术能力的基础上，一件一件的完成。与那些要求很短完成时间的短期工作相比，这些供应商承诺可以有更多好的选择。QuickPart的Maurice和eMachineShop的Lewis都表明在大型的生产运作中他们的制造模型能提供最低的价格。Maurice解释，“我们的制造方法没有超越传统的机械制造车间，并且我们的供应商在销售和市场上也没有超越。”

QuickParts 和其他网上制造商已经开发出了客户定制加工寻价系统软件，
使原来需要几天甚至一周的时间缩短到仅仅几分钟。

快速制造供应商最大的缺点就是他们对金属零件加工能力的限制。即使eMachineShop参与了金属板材零件和一些少数的其他加工，但这些加工目前还是以三坐标机床为主，这一点也不令人惊奇。Maurice说：“它处理了应用中绝大多数的铣削加工。”但是如果你想要最短的完成时间，并且需要使用五坐标机床、电火花加工（EDM）或精密研磨，那么你将不那么走运了。用压铸模制造零件与上述情况相同。对快速制造商的一个好消息就是快速制造系统的研究正在进行中，无论是金属零件的还是塑料零件的。例如，QuickParts正在研究将压铸模和五坐标机床纳入它们的QuickQuote系统。

从eMachineShop 获得零件需要三个简单的步骤。下载该公司免费的
CAD 软件和报价软件；插入你的设计信息；最后订购你要的零件。

因此，如果你看不到自己的需求，那么回头检查是很值得的。如果你想知道快速制造是否能很好的适应你的应用，有一个简单的解决方法：给一个或几个这样的系统一件工作，看看返回的什么。这个不需要像报价那样长时间的等待。

原载《DESIGN NEWS China》(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/8/2006)


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