西門(mén)子能源技術(shù)應(yīng)用中心（TAC）是面向工業(yè)市場(chǎng)的世界級(jí)工業(yè)快速解決方案 "從概念到完成 "中心。它利用各種技術(shù)（包括機(jī)器人、掃描、數(shù)字工具以及增材制造和減材制造）為工業(yè)問(wèn)題提供設(shè)計(jì)、工程和快速成型解決方案，以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。

TAC 為西門(mén)子能源的全球工程業(yè)務(wù)提供支持，并為各類客戶解決設(shè)計(jì)和工程問(wèn)題。TAC 的技術(shù)組合中最新增加了 Markforged 的模擬技術(shù)，該技術(shù)使工程師能夠在 Eiger 工作流程中虛擬測(cè)試零件的強(qiáng)度和剛度。通過(guò)該技術(shù)，工程師可以優(yōu)化打印中添加的連續(xù)纖維材料的使用和位置，從而在零件強(qiáng)度與打印時(shí)間和成本之間取得平衡。

西門(mén)子能源公司生產(chǎn)大型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，用于為全球客戶發(fā)電。這些發(fā)動(dòng)機(jī)包含多環(huán)靜止葉片，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料點(diǎn)燃后引導(dǎo)熱氣流動(dòng)。這些鎳合金葉片含有陶瓷涂層，可抵御高達(dá) 4,000° F 的高溫。西門(mén)子能源公司利用數(shù)字鍛造技術(shù)對(duì)部件進(jìn)行持續(xù)測(cè)試，并不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)理念，以提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。

熱空氣熱成像技術(shù)是 TAC 用于驗(yàn)證新創(chuàng)意的技術(shù)之一。在這項(xiàng)技術(shù)中，熱空氣通過(guò)葉片的內(nèi)部冷卻通道，同時(shí)使用紅外攝像機(jī)對(duì)部件表面進(jìn)行成像。工程師們正在尋找陶瓷涂層過(guò)度磨損或退化的區(qū)域，以及任何應(yīng)力伸長(zhǎng)的跡象。

葉片平均重 15 磅，長(zhǎng)達(dá) 3 英尺，必須牢牢固定在夾具中，因?yàn)橐M發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件，需要在葉片上噴射高達(dá) 600° F 的空氣。如果夾具掉落葉片，可能會(huì)造成數(shù)千美元的損失。不僅如此，還很難確定損壞是由日常發(fā)動(dòng)機(jī)磨損還是葉片掉落地面造成的。

以前，在這些測(cè)試中使用金屬和墊片夾具來(lái)固定葉片。但這些夾具的加工時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 6 周，硅膠墊片的模具費(fèi)用高達(dá) 10,000 美元。因此，TAC 團(tuán)隊(duì)開(kāi)始用Markforged和高比例的連續(xù)碳纖維來(lái)生產(chǎn)這些夾具，以確保它們有足夠的強(qiáng)度來(lái)牢牢固定葉片。但這樣做有時(shí)會(huì)導(dǎo)致打印時(shí)間超出預(yù)期，浪費(fèi)材料。

Markforged 的仿真工具使 TAC 團(tuán)隊(duì)能夠以更省時(shí)、更經(jīng)濟(jì)的方式創(chuàng)建耐用的夾具。當(dāng)他們有機(jī)會(huì)對(duì)集成了新仿真工具的 Eiger 版本進(jìn)行 beta 測(cè)試時(shí)，他們認(rèn)為這是一個(gè)優(yōu)化定制夾具強(qiáng)度和打印時(shí)間的機(jī)會(huì)。

仿真結(jié)果表明，零件設(shè)計(jì)人員經(jīng)常指定使用比達(dá)到夾具所需強(qiáng)度更多的碳纖維，因?yàn)樗麄儗?duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)（CFR）對(duì)零件強(qiáng)度或剛度的影響缺乏信心。模擬幫助他們克服了這一知識(shí)障礙，使他們對(duì) CFR 設(shè)計(jì)的影響更有信心。這使他們減少了多達(dá) 60% 的碳纖維用量，并縮短了多達(dá) 75% 的打印時(shí)間。

TAC 團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，仿真技術(shù)可以在工程師通過(guò)傳統(tǒng)有限元分析（FEA）運(yùn)行夾具設(shè)計(jì)所需時(shí)間的一小部分內(nèi)完成設(shè)計(jì)優(yōu)化。Markforged 的仿真可指導(dǎo)用戶應(yīng)用邊界條件，并針對(duì)零件中使用的 Markforged 材料進(jìn)行優(yōu)化。此外，它還使 TAC 團(tuán)隊(duì)能夠在 Eiger 工作流程中高效地執(zhí)行結(jié)構(gòu)分析。

在某些類型的精密檢測(cè)應(yīng)用中，機(jī)器人手臂用于將傳感器放置在靠近被測(cè)部件的位置。背包是機(jī)器人 "前臂 "頂部的一個(gè)托盤(pán)。它包含可編程邏輯控制器、傳感器、空氣系統(tǒng)和其他組件，用于支持臂端傳感器。TAC 可創(chuàng)建各種背包配置，以適應(yīng)不同的傳感器包。在應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中，機(jī)器人末端效應(yīng)器上傳感器的數(shù)量和類型可能會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致背包配置的改變。

傳統(tǒng)的金屬制造背包需要花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)制造，從而限制了在項(xiàng)目期間更新背包設(shè)計(jì)的頻率。使用三維打印技術(shù)制造大型背包的一個(gè)缺點(diǎn)是，它們通常比傳統(tǒng)金屬背包更靈活，無(wú)法將不必要的慣性反饋傳遞給機(jī)器人手臂。

機(jī)器人手臂背包的模擬視圖

3D 打印機(jī)械臂背包

TAC 團(tuán)隊(duì)之所以采用 Markforged 的仿真技術(shù)，是因?yàn)樗転樗麄儙?lái)幾大好處。首先，它為他們提供了快速、準(zhǔn)確的零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析，使他們能夠在快速打印時(shí)間與零件結(jié)構(gòu)合理的要求之間取得平衡。這些數(shù)據(jù)還有助于他們?cè)谂c客戶討論時(shí)證明 3D 打印技術(shù)所生產(chǎn)零件的結(jié)構(gòu)能力。

TAC 團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，Markforged 的模擬軟件可以幫助他們確定每個(gè)零件的最佳打印方向，這不僅會(huì)影響零件強(qiáng)度，還會(huì)影響打印時(shí)間。

隨著該軟件的不斷發(fā)展，TAC 團(tuán)隊(duì)相信它將成為熔融絲制造（FFF）三維打印部件開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可或缺的工具。