原來增材製造與安全還有關係！

前言

幾年前，看到許多機械工程師被鑽杆以及車床內部其他尖銳刀具所擦傷以及因碰撞而被割傷的情形，便有人提出：公司應該尋找一種簡單的方式來遮蓋這些刀具並保護其員工的安全。

Swiss Automation公司的副總裁Vanessa Malo-Kurzinksi稱：“當你瞧見這些數字並且發現1/3的傷害都是由同樣的事情造成的，你就會想到必須得做點什麽了。”

幾年前，看到許多機械工程師被鑽杆以及車床內部其他尖銳的刀具所擦傷和因碰撞而被割傷的情形, 便有人提出：公司應該尋找一種簡單的方式來遮蓋這些刀具並保護其員工的安全。機加工車間想要購買一套現成的解決方案，但以失敗告終，此後，通過噴射鑄造法或在其切削加工中心構建護罩的提案因為費用過高而被否決，在這種情況下，機加工車間將目光鎖定在增材製造技術上。

Swiss Automation公司生產的LulzBot Taz 5放置在連接Barrington機加工車間兩側的走廊樓梯下麵，往左可以看到一台3D打印設備，其有機玻璃護罩橫跨機櫃的前部，以防止3D打印機在運轉過程中碰觸到車間內的油和其他碎片。

熔絲製造(FFF)正好能使公司獲得其所需的解決方案，快速且價格合理。通過使用相對廉價的桌麵3D打印機，Swiss Automation公司能夠設計和製造定製的刀具護罩，以減少傷害並提高員工的整體安全保障。但除了這些益處之外，Swiss Automation公司發現3D打印機還能解決車間地麵上的許多其他的簡單問題。

安全——越周密越好

作為一個擁有130多台運轉車床的大型車間，Swiss Automation公司認識到建設和投資全體員工的重要性（包括他們的安全保障）。Swiss Automation公司（由Vanessa之父Ken Malo於1965年創立）從擁有6台自動車床的1人公司逐步成長為一家員工人數接近225人的企業，其總部位於Barrington，另有一家設在Illinois附近的第二工廠。當下，公司重點瞄準生產直徑為2.75in（1in＝25.4mm）的零件，通常采用其瑞士型數控機床生產用於液壓和醫療設備的黃銅和不鏽鋼零部件。

Swiss Automation公司多年來一直能夠維持其增長，其部分原因是：舍得在招聘、培訓和培養員工方麵投資。公司在當地學校開展外聯及支持生產規劃,同時保留了旨在促進新員工與經驗豐富導師之間結對子形式的有償學徒培訓規劃。今天許多成功的機械工程師和操作人員在當初入職公司之前並不具備製造經驗。

機械工程師Daren Johnson在Swiss Automation公司生產的Eurotech車削加工中心內安裝刀具護罩。在某些情況下，員工僅在距離車床轉塔刀架數英寸遠的地方操作，這些安裝護罩可提供必要的防護，以防止碰撞、割傷和擦傷

對於公司來講，構建一個大型人才庫一直是件要緊的事情,但更大規模的員工隊伍也意味著更多發生潛在工作場所事故和發生傷害的可能性。在Swiss Automation公司的可報告職業安全與健康傷害中，大約有30%涉及員工撞到車床轉塔刀架上的切削刀具。

從一開始，解決方案就是顯而易見的：為刀具安裝護罩。委員會的挑戰是如何簡單且有效地找到為刀具安裝護罩的辦法。在開展市場找尋但無法找到更好選擇的情況下，委員會意識到還得靠自己來想出遮蓋切削刀具護罩的辦法。

求助於增材製造技術

最後，Malo-Kurzinski請求車間工長Marc Moran和當時的程序員Matt Savers來確定Swiss Automation公司遮蓋刀具的最佳辦法。在對設計展開集體研討，同時調查壓注模製或轉動車床護罩所需費用之後，Moran想到了3D打印。該技術將使公司建造自己的刀具護罩，而無需遮蓋車床。此外，他還發現了將增材製造技術導入車間所帶來的額外利益。

Savers開始著手調查市場,尋找符合如下條件的3D打印機：能夠提供一個得體的工作包封、工作性能靠譜、讓車間能夠采用耐用ABS塑料製造刀具護罩。結果證明：相關費用並不昂貴。

車間選擇了一台LulzBot Taz 5桌麵FFF 3D打印機，機床所青睞的亞馬遜用戶點評澄清了有關機床是否具備可靠性的疑問。在2014年3月采購係統之前，公司曾與LulzBot製造商Aleph Objects公司合作生產了一台成功的刀具護罩樣機。截至2014年4月份，打印機被安置在Barrington工廠內一個樓梯下不起眼的地方，打印機連接了一個老舊的筆記本電腦，用於運轉此打印機。

理論上，3D打印機的操作相對簡單。零部件的設計通過CAD程序來完成(Swiss Automation公司采用SolidWorks)，程序員將最後所得到的STL文件拖放到Slic3r（一款由LulzBot推薦用於將3D模型切成層狀的免費軟件）之中。切片軟件生成G代碼，通過宿主軟件或SD卡，被運送至機床。用戶可設定打印機的層厚度、溫度和速度參數，並開始構建。Swiss Automation公司發現其所設置的這些參數，可以形成或打破一個構造。

Malo-Kurzinksi講道：“起初，我們討論了分層問題，而這樣做會使產品變得較弱，更容易被打破，我們必須學會如何在打印機速度與壁厚之間找到平衡。”經過一段時間的樣機研究（原型設計）之後，Savers能夠生產出用於LulzBot的耐用ABS刀具護罩，生產效率開始大幅提升。

每個刀具護罩的設計均對應於特定的機床和刀具(側麵直接印有對應的型號)，直徑尺寸介於0.75～1.125in（1＝25.4mm），長度介於2.5～3.5in，同時安在兩個刀具上的較大護罩長度尺寸為3in和寬度1.25in，可輕易、廉價地修改基本的刀具護罩設計，以適應所需的任何車床或刀夾。

這台Citizen車床內部的橙色零件接收器最初被打印成固態，在後來鑽了若幹排水孔，現在將這些排水孔作為設計的一部分進行了打印，消除了額外的步驟

縱向打印刀具護罩，並且每次隻打印一次，這主要是受到打印機包絡的限製。Johnson運行打印機的周邊速度通常為40mm/s(打印機將絲材擠出到每層的速度)，填料速度為60mm/s(采用與固體層或整體模去填充每個周邊的速度)。在這樣的速率條件下，完成一個標準刀具護罩所花費的時間大約為1h，材料費為1美元。打印機可以運轉的比上述速度還要快，其最高打印速度為200 mm/s，但Johnson說運行速度慢一些會使零件的質量更好。

據Johnson稱，ABS零件的料層厚度通常被設定得相對較薄一些（0.3mm），以保持精度。X軸和Y軸的打印機公差介於0.05～0.35mm，這樣生產出來的刀具護罩足夠精確，可以緊貼在刀架上，根本無需配備磁鐵或其他黏附機構。這樣的精確性，加上對美學的考慮並不十分苛刻的事實意味著刀具護罩可以將構建板拿下來隨時投用，不需要進行精整和後加工處理。

推銷與宣傳

學習如何在打印機上製作刀具護罩的確是一個挑戰，但結果證明它是避免員工遭受切削刀具傷害的唯一解決方案。為使護罩發揮有效功能，研發團隊必須確保機械工程師記得去使用這些護罩。研發團隊發現：采用亮黃色、綠色和紅色打印出來的刀具護罩更具吸引力、更利於使用。這些護罩也更為明顯，這樣一來，機械工程師在啟動車床之前就會記得挪開護罩。

據Malo-Kurzinski估計，目前Swiss Automation公司中約有70%的機械工程師定期使用刀具護罩。自2014年7月刀具護罩問題得到落實以來，Swiss Automation公司中已安裝護罩的機床再未發生切削刀具傷人事件。

Swiss Automation公司正在做市場調查，想在條件成熟時，把刀具護罩銷售到其他的車工車間。公司開設了coveryourtools.com(基於印在每個護罩側麵的宣傳口號)用於宣傳產品，同時，開始著手在商品交易會推銷刀具護罩，在今年早些時候舉辦的PMTS期間，公司就展銷過自己的產品，籍此達到宣傳效應。根據市場需求，公司正在考慮在其機床上製造護罩，或可能再購置一台打印機，將其與LulzBot Taz 5同時投用，以增加產量。

連鎖反應

即便刀具護罩永遠不會成為暢銷產品，Malo-Kurzinski和Moran均表示同意這樣一種觀點：至少在減少傷害和節省時間方麵，3D打印機本身也夠本了，更不必說它為Swiss Automation公司的車間所帶來的價值。

除了其他安全產品，如在杆式裝料機上安裝遮蓋尖銳突出物防撞器之外，Swiss Automation公司還正在使用其3D打印機製造一些零部件，原先須從供應商處高價購入，像機械手夾具之類的器械，每對的費用從250～750美元不等。有了打印機之後，價格大幅下降，材料費用僅為6美元。

機加車間也能製造出更好適應其業務內容的刀具和設備，Moran在談及3D打印機時講道：“就像任何新機器一樣，你隻有肯動手去擺弄才能了解它是如何工作的，然後你就會開始發現越來越多的應用可能。”即使有學習曲線，機加工車間在3D打印機方麵結合實際運用所獲得的知識也已經使得當初購置打印機變得物有所值。無論是構建刀具護罩、零件筐或一次性原型樣機，Swiss Automation公司的打印機都不會閑置得太久。

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