推动成本节约和定制化： Labconco 向 3D 打印的战略转变

Labconco 的玻璃制品清洗机产线在工程设计方面取得了突破性进展，包括增材制造 (Additive Manufactured, AM) 部件。其中一个组件就是填充传感器支架，用作溢出保护的备用件。该组件的传统生产方法是，使用注射成型制造两个独立的部件，然后使用销钉将两个部件固定在一起进行组装。

然而，Labconco 公司的产品工程师 Tim Grove 意识到，通过 SLS 3D 打印技术进行制造可以节省成本和时间。受 Formlabs 自有的 Nylon 12 Powder 标准样品部件中所用铰链设计的启发，Grove 开始重新构思填充传感器支架，旨在简化装配并消除与订购多种工具相关的费用。

通过与 Griffith 进行迭代合作，Grove 制作了该部件的多个版本，并确保功能完美和性能完整。

“从打印机中取出后，铰链就能够正常工作了，随时可以投入使用。如此一来，既节约了成本，又提高了生产的灵活性。对我们而言，Fuse 的 Nylon 12 Powder 是一种很出色的中间聚合物。我们明确了该材料的多个应用领域，效果非常好。”Griffith 表示。

在 Labconco 用于分析谷物的 Kjeldahl 设备上，团队正在与一家外部供应商合作生产一种用于制作关键鼓风机叶轮组件的模具。由于数量较少，供应商决定在模具使用寿命到期后淘汰该部件。

Labconco 面临诸多挑战，包括寻找新供应商、等待设计和生产新模具以及成型运行，还有高昂的材料和人工成本。“我们研究了十几种不同的解决方案，但没有一种能达到我们的要求，尤其是在化学兼容性方面。因此，我最终制作了一个副本，对其进行逆向工程设计、优化，并使用 Rigid 10K Resin 进行打印。经过测试以确保组件能保持稳定后，我们认为这是最佳解决方案，” Griffith 说道。

新购置的大幅面 SLA 打印机 Form 3L 及时交付，使得他们可以连续 40 天打印逆向工程的鼓风机叶轮，从而重新建立该部件的库存。

“Rigid 10K Resin 一直是制造多个组件的首选材料。其化学兼容性符合我们对酸的要求，特别是在存在蒸发硫酸的情况下。通过改用增材制造技术，我们在验证供应商和不合格的材料方面，节省了数百个小时。在这方面而言，这是一个掷地有声的商业案例。”Griffith 说道。

虽然有些部件可能相对简单，但如果采用传统制造方法仍然成本高昂。针对用于将两个轴承分开以防止轴承相互拉扯的分离器，一位机械师其进行了报价，即约为 500 美元。该部件用于制造新产品，而 Labconco 已经证明了其在 3D 打印实验室中的用例。Griffith 立即开始使用 Fuse 1+ 30W 打印分离器，并将价格降低到 45 美元左右，约为机械师外包报价的十分之一。

优化的脚步并未就此停下。Griffith 运用了他在宾夕法尼亚州立大学增材制造与设计专业攻读研究生期间所学的原理，将该流程从 1:1 替代重新构建为整体优化改造。

他尝试使用衍生式设计减少整个部件所需的材料，同时保持分离器的安全功能，以确保操作人员的人身安全。一天之内，他就完成了设计的修改和优化，与此同时，Labconco 开始在内部使用 SLS 3D 打印部件，单件成本约为 20 美元。

“3D 打印在几何形状方面为我们带来了巨大的优势。如果减轻部件重量或应用不同的设计技术，我们就能以前所未有的方式组合部件。我们可以在内部进行制造，并节省大量资金，”Griffith 说。

Labconco 并未停下过追求卓越的脚步，该公司还对其旗舰产品之一生物安全柜的关键部件进行了测试。这些安全柜基于特定的气流模式和 HEPA 过滤器，对保护人员和柜内处理的产品至关重要。为确保获得最高水平的性能，这些过滤器在完工出厂之前，都要经过严格的测试和认证。

过去，这种测试过程严重依赖人工操作，因此存在变化性和局限性。然而，Labconco 采用了一种变革性方法，利用机器人系统的强大功能，以无可挑剔的精度对每个过滤器进行自动化扫描。在转而使用自动化的过程中，必须为用于执行测试的机械臂开发定制模具和末端执行器。传统的制造方法不仅成本高昂，而且可能需要数月时间；由于所需部件数量较少，因此在 Fuse 系列机器上进行 3D 打印以制造部件是这种变革性方法的重要一环。

通过使用 Fuse 1+ 30W 自行生产 SLS 部件，Labconco 显著提高了这些组件的日利用率，进而增强了产品安全测试的准确性和可靠性。Labconco 采用增材制造技术不仅简化了操作，还能确保其产品的安全性和性能。

Labconco 是首家实现通风柜生产商业化的公司，如今这已成为其最重要的产品部门之一。通风柜是大型化工、制药或农业企业不可或缺的设备。

其中一个组件就是机械式窗扇制动器，用于防止用户将通风柜罩扇打开超过指定点（从而节省能源成本），该组件以前采用注射成型制成。大量订购单一模具生产的产品限制了 Labconco 为大客户修改或定制订单的能力。模具会磨损，而且在更换模具时，供应商有时并不那么可靠。为了解决供应链问题，他们开始使用 Fuse 1+ 30W 打印这些窗扇制动器，现在 Griffith 每周使用 Nylon 12 Powder 生产 50 到 100 个此类组件。

“如果采用模塑方法制造部件，就无法轻易进行任何修改。虽然这种情况并不常见，但我们过去也曾使用过注射成型的部件，结果却让我们大伤脑筋，因为在我们拿到部件并将其投入使用后，它们就开始断裂或无法正常工作。工程师们现在意识到，如果转向使用 3D 打印制作一些部件，那么在需要时重新设计就不会那么麻烦，而且更改的选择余地也会更大。不能总是用金钱来衡量这一点，而且我认为增材制造还有很多‘无形’的好处，但通常被人们忽视了，”Griffith 表示。

将 3D 打印技术引进公司内部的另一个优势是，帮助刚进入职场的年轻员工树立信心。摆脱了订购新模具所需的绝对完美要求，他们更愿意尝试新事物或提出新想法。“年轻工程师们并没有 20 年的工作经验，他们无法通过查看部件就能保证‘这个能行’。借助 3D 打印的能力，他们可以进行一些尝试，甚至尝试很多事物，如果失败了，也不会有太大损失，甚至不会有任何损失，这只会增强他们的能力。让他们专注于针对任何特定问题找到最具创造性的最佳解决方案，这正是我们希望他们在工作中的思考维度，而 3D 打印技术就是其中的重要组成部分，”Griffith 表示。