Rosenberger 如何透過 3D 列印模具與最終使用零件優化傳統製造與交期
今日，我們透過手機、汽車、冰箱等各種設備實現的持續網路連接，讓人們很容易忘記背後支撐這一切的技術複雜性與創新。
Rosenberger 集團是全球這一領域最大的參與者之一，正是讓此連接成為可能的製造商之一。自 1958 年起，他們製造高頻光纖及高壓連接解決方案，為全球網路提供動力。
為了在瞬息萬變的行業中保持成功（並成為這種變革的重要推動者），Rosenberger 必須跟上其他製造商的最新技術，包括 3D 列印。他們多年來已將積層製造技術融入工作流程，並自 2017 年起與 Formlabs 合作。
如今，設備設計師 Manuel Kapsreiter 監管著一批 Formlabs 3D 列印機，包括七台 Form 系列立體光刻（SLA）3D 列印機和三台 Fuse 系列選擇性雷射燒結（SLS）3D 列印機。Kapsreiter 與我們分享了 Rosenberger 如何在生產各個階段善用 SLA 和 SLS 技術，從早期設計迭代到最終使用生產和製造輔助工具。
克服初期的懷疑
Form 3+ 3D 列印機幾乎不間斷地用於 Rosenberger 的模具、原型、替換零件和製造輔助工具生產。
儘管 3D 列印現在已在 Rosenberger 各部門和職能中得到熱情的擁抱，但 Kapsreiter 在引入這項技術時曾需要克服一些初期的懷疑。大多數員工只熟悉熔融沉積成型（FDM）3D 列印技術，並將其與低精度、粗糙表面和各向異性聯繫在一起。為了打破他們最初的抗拒，Kapsreiter 首先展示了具有光滑表面光潔度和機械加工級公差的 SLA 3D 列印零件。
「許多人將 3D 列印與 FDM 列印聯繫在一起，這讓他們望而卻步。我們必須說服人們，SLA 和 SLS 與 FDM 不可同日而語……如果您需要具有高表面品質的零件，那麼 SLA 確實是個好選擇。以正確的材料列印並在 PreForm 中正確定向，SLA 3D 列印零件完全可以與射出成型零件媲美，」Kapsreiter 說。
SLA 和 SLS 3D 列印機的品質足以讓技術自己說話——如今，Rosenberger 的 3D 列印機持續不斷地運行，滿足來自全公司的請求。Kapsreiter 為原型、模具、替換零件以及製造或組裝輔助工具生產零件。
「我們的同事以及整個行業都已逐漸認識到，在開發解決方案方面，3D 列印比機械加工更快速、更靈活。」
Manuel Kapsreiter，設備設計師，Rosenberger工業生產線的替換與改進
Rosenberger 的兩台 Fuse 1+ 30W SLS 3D 列印機按需生產工業機械的替換零件。這些替換零件以前需要銑削加工，但用 SLS 3D 列印可以快 80%。
Rosenberger 多樣化產品的生產需要各種各樣的機器，維護這些機器以保持正常運行是製造運營團隊面臨的挑戰。替換零件本質上對時效要求極高。一台機器停機意味著生產陷入停滯，停機時間越長，對公司底線的影響越大。
Rosenberger 一直依賴傳統 CNC 銑削來按需生產替換零件，但隨著材料科學的進步以及 3D 列印機的速度和性能不斷提升，使用 3D 列印快速替換已變得更加高效和經濟實惠。
「與銑削相比，我們用 3D 列印獲取零件的速度快 80%，並且可以在一夜之間響應需求。」
Manuel Kapsreiter，設備設計師，Rosenberger透過客製化製造輔助工具提升效率
隨著員工對自有 3D 列印能力的熟悉和了解，Form 3 系列和 Fuse 系列被調用的場合已不僅限於設備損壞時。
最近，一位生產員工注意到工業清洗機的水流效率不佳，便找到模具製造團隊設計解決方案。SLA 3D 列印和 Formlabs 多元化的材料庫使快速迭代新設計成為可能，可以精確調整清洗機內部孔徑的角度，讓水流能夠通過球形組件導向。安裝後，該裝置立即改善了清洗機的性能，並降低了能源和水資源消耗。
設計、迭代和測試完成後，Kapsreiter 進入生產階段，為每台工業清洗機都列印了一個，以最大化工廠生產線的成本節省和生產力。
「這個球內部是空心的，各個方向和角度都有孔洞。這是其他任何方式都無法生產的幾何形狀。沒有 3D 列印，我們就必須借助複雜的鑄造工藝或銑削多個零件，然後在進一步的步驟中費力組裝。」
Manuel Kapsreiter，設備設計師，Rosenberger
由技術人員在全廠範圍內使用的製造輔助工具，對公司的運營和生產力可以產生巨大影響。如今有了 Form 3+，生產速度更快、成本更低，所需的人工步驟也更少，因為透明球體可以一體成型列印。團隊只需對最終鑽孔使用 CNC 銑削，這得益於 Clear Resin 出色的韌性、剛性和強度而毫無問題。
透過避免銑削、鑄造和車削操作，Rosenberger 不僅降低了製造成本和時間，還優化了傳統機器的運行。每個轉移到 3D 列印的流程都「節省了更昂貴生產機器的產能，這些機器可以用於不適合 3D 列印的特殊應用，從而實現現有設備更優化的利用，」Kapsreiter 解釋道。
「提出清洗球需求的生產員工非常高興。他已經發起了幾個其他項目，看到了用 3D 列印組件改進工作的潛力，」Kapsreiter 說。這種創新思維正是 Rosenberger 積層製造專家在全公司努力推廣的。3D 列印教育賦予員工能力去發現工作流程中的低效並提出解決方案，為公司節省資源並減少各部門的浪費。
提升產能——經濟高效的 3D 列印批量生產
Fuse 1+ 30W 的大型成型體積和高產能讓 Rosenberger 能夠以低成本大量生產 SLS 零件，例如這些用於清洗線的 Nylon 12 Powder 夾具。
SLA 和 SLS 3D 列印都能為製造輔助工具提供巨大優勢，但在需要大批量零件的應用中，SLS 3D 列印更為突出。
在某個清洗流程中，一位 Rosenberger 員工注意到清洗系統儘管擁有足夠的容量，卻只能清洗小批量物品。他設計了一個載架系統，讓放置在不鏽鋼板上的大批量物品可以浸入超聲波浴中。Kapsreiter 的團隊以 Nylon 12 Powder 列印了 8500 個夾具來固定鋼板。「我們的 Fuse 1+ 30W 連續運行了五週，」Kapsreiter 回憶道。藉助高產能 SLS 列印，他們成功提升了整個流程的效率。
特別是與 Fuse Sift 搭配使用時，Fuse 1+ 30W 能夠以低工作量和低每件成本處理大規模生產。Fuse 1+ 30W 的 7.5 升成型腔可同時容納多個零件，且 SLS 列印無需支撐結構，節省了額外的材料和人工後處理。
Rosenberger 的模具部門使用 Fuse Sift 去除列印零件上的未燒結粉末，其中 60% 得到回收利用。最近，團隊還開始使用全自動噴砂系統——類似 Formlabs 最新推出的創新產品 Fuse Blast——在封閉流程中清潔批量列印件，進一步加速大批量生產。
加速創新
在引入 3D 列印之前，Rosenberger 必須使用耗時的射出成型服務來生產原型和生產零件。由於成本高昂和等待時間長，員工不願意嘗試新事物，通常不敢申請多次迭代或小批量測試零件。有了模具部門增加的 3D 列印產能，各團隊的員工都能讓自己的想法變為現實，而無需擔心潛在成本。
「過去，樣品模具是通過射出成型小批量生產的。3D 列印讓我們省去了昂貴的金屬模具，使原型製作成本大幅降低。最棒的是，現在還可以用 3D 列印生產以前根本不會製作的樣品零件。這讓我們可以向客戶展示開發狀態——不僅在電腦上，還可以實物呈現。在 CAD 中查看並嘗試模擬是一回事，但在使用現場親手拿到零件並進行測試，能給你完全不同的感受，」Kapsreiter 解釋道。
「3D 列印的最大優勢在於其可及性。能夠快速以低成本獲得實物，大大降低了嘗試新事物的門檻。因為成本很低，你可以犯錯，從中學習，並在下次嘗試時進行改進。這正是 3D 列印的一大優勢。」
Manuel Kapsreiter，設備設計師，Rosenberger選擇正確的技術與材料
Rosenberger 模具部門面臨的特殊挑戰是需要在短時間內不斷生產獨特零件。複雜的流程或失敗的列印會拖慢進度，因此直觀的介面和簡便的工作流程至關重要。他們需要依賴列印機每次都能提供穩定的結果，無需調整工作流程。
「對我們來說，列印件的尺寸精度、穩健性、良好的機械性能和可靠性始終是最重要的……Form 3 非常可靠——與其他系統無可比擬。由於我們有非常多樣化的零件，幾乎不會重複列印同一個，每次列印的人工時間較低對我們而言始終很重要。而這些正是選擇 Formlabs 系統的理由。」
Manuel Kapsreiter，設備設計師，RosenbergerRosenberger 的模具部門不僅需要快速生產零件，還需要跨部門支持各種不同功能和材料特性的應用。因此，能夠使用廣泛的材料組合對團隊的工作至關重要。Kapsreiter 選擇 Formlabs 3D 列印機的一個關鍵理由就是「可用材料的廣泛範圍，能夠覆蓋許多不同應用」。
Rosenberger 根據所需生產量和零件的材料性能需求在 SLA 和 SLS 之間做出選擇。當需要光滑表面和高細節度時，團隊主要使用 Form 3+。對於較大的組件、大批量生產，或需要類似射出成型性能時，團隊更偏向 Fuse 1+ 30W 的大成型體積和經濟實惠的熱塑性材料。Rosenberger 模具師最常使用的材料包括：Tough 2000 Resin（因其與 ABS 的高度相似性、穩定性和抗斷裂性，用於帶卡扣或安裝支架的外殼原型）、Rigid 4000 Resin（因其高穩定性和高剛性，用於撥動壓力機中的衝頭）、Rigid 10K Resin（因其極高穩定性、極高剛性和耐熱性，用於滑動板等耐磨零件）、Grey Resin（因其低廉的原型成本）、Flexible 80A Resin（因其可彎曲性，用於插頭、外殼和工具的防水密封件以及機器人夾具）、ESD Resin（因其深黑色，用於說明目的）、High Temp Resin（因其卓越的耐熱性，用於焊接裝置）、Clear Resin（因其透明度，用於清洗球和透明蓋板）以及 Nylon 12 Powder（因 Fuse 1+ 30W 的低廉成本和大成型體積，用於大型組件或小型零件的批量生產）。
除材料多樣性、列印品質、可靠性和直觀操作外，較低的前期成本也是 Rosenberger 選擇 Formlabs 生態系統的關鍵因素。
「Formlabs 的印表機實在非常實惠。當然，這是競爭對手必須接受的事實。」
Manuel Kapsreiter，設備設計師，RosenbergerRosenberger 3D 列印的持續擴展——從 Fridolfing 走向世界
管理工作坊並協調大量員工請求需要團隊建立新的工作流程。
藉助自主開發的工單系統，Rosenberger 的模具工廠接收來自公司各部門的 3D 列印請求。列印和後處理完成後，零件被發送出去——有時甚至發往亞洲的遠端分公司。
在 Kapsreiter 的 3D 列印計劃展示出如此顯著的成效後，公司其他部門也開始注意到。
「我們在奧格斯堡的分部在一年內購買了一台印表機，幾個月後又購置了第二台。這可以說是 Fridolfing 的成功故事。當然，其他分部也看到了優勢，自然紛紛效仿。」
Manuel Kapsreiter，設備設計師，Rosenberger在 Rosenberger 累積六年積極經驗後，Kapsreiter 建議所有工業企業重新審視他們對積層製造可能存在的任何偏見——他自己最初也曾面臨一些懷疑。憑藉多樣化的應用場景、低廉的製造成本和快速的交付時間，3D 列印是工業生產設施的寶貴補充。
「3D 列印只是一個額外的工具，具有額外的可能性和額外的優勢，對絕大多數公司來說都是正確的發展方向。不應忽視它，而應選擇最適合自己的方式。對大多數人來說，當他們意識到可以列印多少東西、可以節省多少時間時，將會如夢初醒，」Kapsreiter 說。
今日，Rosenberger 模具團隊持續收到源源不斷的列印訂單。越來越多的生產和裝配員工希望利用 3D 列印實現他們的流程優化想法。對 Manuel Kapsreiter 來說，Rosenberger 的 3D 列印是一個他決心繼續書寫的成功故事。為此，他希望提升內部積層製造產能，「因為需求只增不減」。