【工业4.0案例分析之三七】3D-Schilling公司大型部件的增材制造

通过机器人辅助生产与3D打印技术的结合，可以实现大型塑料零件3D增材制造。如果再配合轻质结构的开发，就可以生产出最佳强度的大型零件。工业4.0为3D-Schilling公司提供了机会，通过直接在工业生产过程中融入增材制造，可以开发出新的应用和市场。

3D-Schilling公司的由来

1993年5月2日，Martin Schilling博士和他的同事Klaus-Ullrich Werner和Frank Hennemann共同建立了这家公司。某杂志的标题写到：“在美国有公司成立于车库，而德国则在储藏室。”这家公司很快把握到一个天赐良机。刚好，第一台光固化机被引入德国。3D-Systems公司慎重考虑，是否该将机器完全卖给Schilling这样的小公司，可他们达不到基本的要求，如强大的3D设计方案。尽管1993年12月，Schilling公司和3D-Systems公司达成了交易，这家只有4个人的小公司搬到了新的工作室。由于公司看到了3D技术的广阔未来，在1994年以后，公司改名为3D-Schilling。

3D-Schilling：机器人辅助生产与3D打印技术的结合

在3D-Schilling公司，3D打印技术的应用有着悠久的传统。将机器人辅助程序的开发和3D打印技术、传统技术结合起来，可以生产大型热塑零件。这种生产方法更适合于生产小批量或定制产品。

“机器人辅助程序与3D打印结合的特别之处在于可以快速、直接地生产任何大型热塑性零件”，3D-Schilling公司的执行合伙人 Martin Schilling博士说道：“增材制造和其他加工程序相互结合可以开发出许多新的应用，并且使产品的个性化更加深入。”

该解决方案是通过一个柔性制造系统把增材制造技术、加工技术、信息技术和自动化技术协调地结合起来。随着现有的技术将进一步发展，塑料零件可以按所需的质量、数量和要求生产。

该解决方案使本地生产定制产品成为可能。这避免了耗时的运输，并且可直接提供产品。尤其是医疗应用领域，这个方案将大幅缩短交货时间。另外，包含产品设计的技术秘诀的文件可以通过云得到保护。

3D-Schilling公司在企业成立初期便开始了数字化的进程，在生产中虚拟和现实世界的融合不断增强。从2012年起，3D-Schilling公司就努力增强机器之间的通信能力。同时，席林公司拥有大量的增材制造知识。2013年，3D-Schilling公司创造出第一个大型部件：长3.20米、重18公斤的独木舟在48小时内被制成。

这个案例表明，增材制造技术和常规技术的结合可以带来很多可能性；另外，利用技术秘诀可以设计和生产创新产品，这些技术秘诀应该得到保护；最后，各方的密切合作以及积极沟通是另一个重要的成功因素。

3D-Schilling公司的制造业务

工具制造

现代的原型制造不仅仅用于生产一种工具，而是可以为客户生产“所需的一切”。还包括根据初始样品测试报告和机械性能分析，进行零部件浇铸成型方面的设计咨询、模具流体分析，还能够对设备及浇铸成型零部件的生产成本进行优化。

铣削：为了满足高质量和交货时间较短的要求，3D-Schilling公司依靠先进的5轴铣削加工中心，使用自己开发的零点快速装夹系统和高速铣削技术。在3D-Schilling公司的铣削中心，用1台机器专门生产石墨电极。

电火花加工：不能用模具或机械加工制造的形状和几何部件可以通过放电复制加工。3D-Schilling的生产设备由3个垂直腐蚀电极和一个3线电火花加工机组成。以这种方式可以实现旋转和镜面几何形状的高精度制造。

测量：为了能够使测量刻度达到以µm为单位，3D-Schilling公司开发了新型的测量仪器（多用途图形显示系统 500）。该仪器能够同时进行光学和接触测量。由此催生的零点快速装夹系统，也被用于质量控制和保证的各方面。3D-Schilling用于测量组件自由表面的3D扫描系统覆盖约1~2平方厘米的形状尺寸和大约0.01~1mm的精度。

塑料加工

3D-Schilling使用现代注塑机生产任意想要的塑料零件数量（从一个到几百万个）。3D-Schilling的目标是通过组织规划和提高自动化水平来不断提升产量。主要使用的塑料类型有聚苯乙烯（PS）、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二酸丁二酯（PBT）、聚酰胺（PA）（加强型和不加强型）和聚甲醛（POM）。目前，3D-Schilling使用的材料多达253种。

目前3D-Schilling使用18台250~2000千牛夹持力的注塑机来生产（半电动或全电动）。注塑重量大约在0.5~400克之间。3D-Schilling还有一系列用于二次注塑工具的机器，例如具有多轴处理系统的专用自动化解决方案的6轴机器人单元。3D-Schilling将温度控制以及材料颗粒的干燥和等量分配视为高效生产和保证产品质量的强制性标准。

如果客户想要在短时间内生产出具有特殊物理属性的产品，3D-Schilling可以满足这方面需求。这些属性包括：透明度（光学参数）、外壳的静电和电性质、耐热性和机械应力抗性。

塑料零件的装配

3D-Schilling支持针对客户要求的工艺创新，如超声波焊接、移印、手动和自动装配、深冲组件的物流或包装。目前，3D-Schilling有20个小型和中型工作站配备了这些技术。在大批量生产和复杂的装配过程中，3D-Schilling则使用6轴机器人单元。

3D-Schilling公司的工程服务

设计与可视化管理
专业知识和技能是产品开发取得成功的重要前提。好的创意需要配合适宜的生产方式才能赢取市场。

3D扫描
3D扫描仪与3D测量仪能对任意草图进行信息输入和测量，快速将物体转化为3D数据，再转化为平面图纸。

3D设计
通过产品设计实现部件、功能元件、机械的功能集成，完成对塑料原件的高效生产。

工具设计
成功的工具设计，要兼顾使用寿命、实用性以及维护费用。为实现上述目标，3D-Schilling采用了最先进的CAD软件来实现这种极富前景的技术。

3D-Schilling公司的技术

3D成型
3D成型技术具有精确性高及可加工性强的特点，可用于打造真空浇铸工艺所需原始模型。3D Schilling公司可通自己开发的三款3D成型机器和不同树脂，在最短时间内高质量地完成客户订单。

激光烧结
通过激光烧结技术制造的样机，不仅结实耐用，而且可以立刻投入使用。

真空浇铸
真空浇铸是快速制造的最优选择（可不经过脱模完成最复杂的几何形状铸造）。在高效复制原始模型方面，真空浇铸是最经济快速的选择。零部件属性（材料、颜色、表面结构）与注模属性极为相似。对于真空浇铸制造而言，值得注意的是如何通过离心技术将金属内核、2K部件、多K部件（软硬混合部件）分别注入空心管内。

原材料浇铸
3D成型技术配合原材料浇铸可以在最短时间内生产出急需的模具，这项技术可制造几乎一切用途的模具。