前言
幾年前，看到許多機(jī)械工程師被鉆桿以及車(chē)床內(nèi)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(yīng)該尋找一種簡(jiǎn)單的方式來(lái)遮蓋這些刀具并保護(hù)其員工的安全。
Swiss Automation公司的副總裁Vanessa Malo-Kurzinksi稱：“當(dāng)你瞧見(jiàn)這些數(shù)字并且發(fā)現(xiàn)1/3的傷害都是由同樣的事情造成的，你就會(huì)想到必須得做點(diǎn)什么了。”
幾年前，看到許多機(jī)械工程師被鉆桿以及車(chē)床內(nèi)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(yīng)該尋找一種簡(jiǎn)單的方式來(lái)遮蓋這些刀具并保護(hù)其員工的安全。機(jī)加工車(chē)間想要購(gòu)買(mǎi)一套現(xiàn)成的解決方案，但以失敗告終，此后，通過(guò)噴射鑄造法或在其切削加工中心構(gòu)建護(hù)罩的提案因?yàn)橘M(fèi)用過(guò)高而被否決，在這種情況下，機(jī)加工車(chē)間將目光鎖定在增材制造技術(shù)上。
Swiss Automation公司生產(chǎn)的LulzBot Taz 5放置在連接Barrington機(jī)加工車(chē)間兩側(cè)的走廊樓梯下面，往左可以看到一臺(tái)3D打印設(shè)備，其有機(jī)玻璃護(hù)罩橫跨機(jī)柜的前部，以防止3D打印機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中碰觸到車(chē)間內(nèi)的油和其他碎片。
熔絲制造(FFF)正好能使公司獲得其所需的解決方案，快速且價(jià)格合理。通過(guò)使用相對(duì)廉價(jià)的桌面3D打印機(jī)，Swiss Automation公司能夠設(shè)計(jì)和制造定制的刀具護(hù)罩，以減少傷害并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(fā)現(xiàn)3D打印機(jī)還能解決車(chē)間地面上的許多其他的簡(jiǎn)單問(wèn)題。
安全——越周密越好
作為一個(gè)擁有130多臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)床的大型車(chē)間，Swiss Automation公司認(rèn)識(shí)到建設(shè)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于1965年創(chuàng)立）從擁有6臺(tái)自動(dòng)車(chē)床的1人公司逐步成長(zhǎng)為一家員工人數(shù)接近225人的企業(yè)，其總部位于Barrington，另有一家設(shè)在Illinois附近的第二工廠。當(dāng)下，公司重點(diǎn)瞄準(zhǔn)生產(chǎn)直徑為2.75in（1in＝25.4mm）的零件，通常采用其瑞士型數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)用于液壓和醫(yī)療設(shè)備的黃銅和不銹鋼零部件。
Swiss Automation公司多年來(lái)一直能夠維持其增長(zhǎng)，其部分原因是：舍得在招聘、培訓(xùn)和培養(yǎng)員工方面投資。公司在當(dāng)?shù)貙W(xué)校開(kāi)展外聯(lián)及支持生產(chǎn)規(guī)劃,同時(shí)保留了旨在促進(jìn)新員工與經(jīng)驗(yàn)豐富導(dǎo)師之間結(jié)對(duì)子形式的有償學(xué)徒培訓(xùn)規(guī)劃。今天許多成功的機(jī)械工程師和操作人員在當(dāng)初入職公司之前并不具備制造經(jīng)驗(yàn)。
機(jī)械工程師Daren Johnson在Swiss Automation公司生產(chǎn)的Eurotech車(chē)削加工中心內(nèi)安裝刀具護(hù)罩。在某些情況下，員工僅在距離車(chē)床轉(zhuǎn)塔刀架數(shù)英寸遠(yuǎn)的地方操作，這些安裝護(hù)罩可提供必要的防護(hù)，以防止碰撞、割傷和擦傷
對(duì)于公司來(lái)講，構(gòu)建一個(gè)大型人才庫(kù)一直是件要緊的事情,但更大規(guī)模的員工隊(duì)伍也意味著更多發(fā)生潛在工作場(chǎng)所事故和發(fā)生傷害的可能性。在Swiss Automation公司的可報(bào)告職業(yè)安全與健康傷害中，大約有30%涉及員工撞到車(chē)床轉(zhuǎn)塔刀架上的切削刀具。
從一開(kāi)始，解決方案就是顯而易見(jiàn)的：為刀具安裝護(hù)罩。委員會(huì)的挑戰(zhàn)是如何簡(jiǎn)單且有效地找到為刀具安裝護(hù)罩的辦法。在開(kāi)展市場(chǎng)找尋但無(wú)法找到更好選擇的情況下，委員會(huì)意識(shí)到還得靠自己來(lái)想出遮蓋切削刀具護(hù)罩的辦法。
求助于增材制造技術(shù)
最后，Malo-Kurzinski請(qǐng)求車(chē)間工長(zhǎng)Marc Moran和當(dāng)時(shí)的程序員Matt Savers來(lái)確定Swiss Automation公司遮蓋刀具的最佳辦法。在對(duì)設(shè)計(jì)展開(kāi)集體研討，同時(shí)調(diào)查壓注模制或轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)床護(hù)罩所需費(fèi)用之后，Moran想到了3D打印。該技術(shù)將使公司建造自己的刀具護(hù)罩，而無(wú)需遮蓋車(chē)床。此外，他還發(fā)現(xiàn)了將增材制造技術(shù)導(dǎo)入車(chē)間所帶來(lái)的額外利益。
Savers開(kāi)始著手調(diào)查市場(chǎng),尋找符合如下條件的3D打印機(jī)：能夠提供一個(gè)得體的工作包封、工作性能靠譜、讓車(chē)間能夠采用耐用ABS塑料制造刀具護(hù)罩。結(jié)果證明：相關(guān)費(fèi)用并不昂貴。
車(chē)間選擇了一臺(tái)LulzBot Taz 5桌面FFF 3D打印機(jī)，機(jī)床所青睞的亞馬遜用戶點(diǎn)評(píng)澄清了有關(guān)機(jī)床是否具備可靠性的疑問(wèn)。在2014年3月采購(gòu)系統(tǒng)之前，公司曾與LulzBot制造商Aleph Objects公司合作生產(chǎn)了一臺(tái)成功的刀具護(hù)罩樣機(jī)。截至2014年4月份，打印機(jī)被安置在Barrington工廠內(nèi)一個(gè)樓梯下不起眼的地方，打印機(jī)連接了一個(gè)老舊的筆記本電腦，用于運(yùn)轉(zhuǎn)此打印機(jī)。
理論上，3D打印機(jī)的操作相對(duì)簡(jiǎn)單。零部件的設(shè)計(jì)通過(guò)CAD程序來(lái)完成(Swiss Automation公司采用SolidWorks)，程序員將最后所得到的STL文件拖放到Slic3r（一款由LulzBot推薦用于將3D模型切成層狀的免費(fèi)軟件）之中。切片軟件生成G代碼，通過(guò)宿主軟件或SD卡，被運(yùn)送至機(jī)床。用戶可設(shè)定打印機(jī)的層厚度、溫度和速度參數(shù)，并開(kāi)始構(gòu)建。Swiss Automation公司發(fā)現(xiàn)其所設(shè)置的這些參數(shù)，可以形成或打破一個(gè)構(gòu)造。
Malo-Kurzinksi講道：“起初，我們討論了分層問(wèn)題，而這樣做會(huì)使產(chǎn)品變得較弱，更容易被打破，我們必須學(xué)會(huì)如何在打印機(jī)速度與壁厚之間找到平衡。”經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的樣機(jī)研究（原型設(shè)計(jì)）之后，Savers能夠生產(chǎn)出用于LulzBot的耐用ABS刀具護(hù)罩，生產(chǎn)效率開(kāi)始大幅提升。
每個(gè)刀具護(hù)罩的設(shè)計(jì)均對(duì)應(yīng)于特定的機(jī)床和刀具(側(cè)面直接印有對(duì)應(yīng)的型號(hào))，直徑尺寸介于0.75～1.125in（1＝25.4mm），長(zhǎng)度介于2.5～3.5in，同時(shí)安在兩個(gè)刀具上的較大護(hù)罩長(zhǎng)度尺寸為3in和寬度1.25in，可輕易、廉價(jià)地修改基本的刀具護(hù)罩設(shè)計(jì)，以適應(yīng)所需的任何車(chē)床或刀夾。
這臺(tái)Citizen車(chē)床內(nèi)部的橙色零件接收器最初被打印成固態(tài)，在后來(lái)鉆了若干排水孔，現(xiàn)在將這些排水孔作為設(shè)計(jì)的一部分進(jìn)行了打印，消除了額外的步驟
縱向打印刀具護(hù)罩，并且每次只打印一次，這主要是受到打印機(jī)包絡(luò)的限制。Johnson運(yùn)行打印機(jī)的周邊速度通常為40mm/s(打印機(jī)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(gè)周邊的速度)。在這樣的速率條件下，完成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)刀具護(hù)罩所花費(fèi)的時(shí)間大約為1h，材料費(fèi)為1美元。打印機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)的比上述速度還要快，其最高打印速度為200 mm/s，但Johnson說(shuō)運(yùn)行速度慢一些會(huì)使零件的質(zhì)量更好。
據(jù)Johnson稱，ABS零件的料層厚度通常被設(shè)定得相對(duì)較薄一些（0.3mm），以保持精度。X軸和Y軸的打印機(jī)公差介于0.05～0.35mm，這樣生產(chǎn)出來(lái)的刀具護(hù)罩足夠精確，可以緊貼在刀架上，根本無(wú)需配備磁鐵或其他黏附機(jī)構(gòu)。這樣的精確性，加上對(duì)美學(xué)的考慮并不十分苛刻的事實(shí)意味著刀具護(hù)罩可以將構(gòu)建板拿下來(lái)隨時(shí)投用，不需要進(jìn)行精整和后加工處理。
推銷(xiāo)與宣傳
學(xué)習(xí)如何在打印機(jī)上制作刀具護(hù)罩的確是一個(gè)挑戰(zhàn)，但結(jié)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(hù)罩發(fā)揮有效功能，研發(fā)團(tuán)隊(duì)必須確保機(jī)械工程師記得去使用這些護(hù)罩。研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：采用亮黃色、綠色和紅色打印出來(lái)的刀具護(hù)罩更具吸引力、更利于使用。這些護(hù)罩也更為明顯，這樣一來(lái)，機(jī)械工程師在啟動(dòng)車(chē)床之前就會(huì)記得挪開(kāi)護(hù)罩。
據(jù)Malo-Kurzinski估計(jì)，目前Swiss Automation公司中約有70%的機(jī)械工程師定期使用刀具護(hù)罩。自2014年7月刀具護(hù)罩問(wèn)題得到落實(shí)以來(lái)，Swiss Automation公司中已安裝護(hù)罩的機(jī)床再未發(fā)生切削刀具傷人事件。
Swiss Automation公司正在做市場(chǎng)調(diào)查，想在條件成熟時(shí)，把刀具護(hù)罩銷(xiāo)售到其他的車(chē)工車(chē)間。公司開(kāi)設(shè)了coveryourtools.com(基于印在每個(gè)護(hù)罩側(cè)面的宣傳口號(hào))用于宣傳產(chǎn)品，同時(shí)，開(kāi)始著手在商品交易會(huì)推銷(xiāo)刀具護(hù)罩，在今年早些時(shí)候舉辦的PMTS期間，公司就展銷(xiāo)過(guò)自己的產(chǎn)品，籍此達(dá)到宣傳效應(yīng)。根據(jù)市場(chǎng)需求，公司正在考慮在其機(jī)床上制造護(hù)罩，或可能再購(gòu)置一臺(tái)打印機(jī)，將其與LulzBot Taz 5同時(shí)投用，以增加產(chǎn)量。
連鎖反應(yīng)
即便刀具護(hù)罩永遠(yuǎn)不會(huì)成為暢銷(xiāo)產(chǎn)品，Malo-Kurzinski和Moran均表示同意這樣一種觀點(diǎn)：至少在減少傷害和節(jié)省時(shí)間方面，3D打印機(jī)本身也夠本了，更不必說(shuō)它為Swiss Automation公司的車(chē)間所帶來(lái)的價(jià)值。
除了其他安全產(chǎn)品，如在桿式裝料機(jī)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(jī)制造一些零部件，原先須從供應(yīng)商處高價(jià)購(gòu)入，像機(jī)械手夾具之類(lèi)的器械，每對(duì)的費(fèi)用從250～750美元不等。有了打印機(jī)之后，價(jià)格大幅下降，材料費(fèi)用僅為6美元。
機(jī)加車(chē)間也能制造出更好適應(yīng)其業(yè)務(wù)內(nèi)容的刀具和設(shè)備，Moran在談及3D打印機(jī)時(shí)講道：“就像任何新機(jī)器一樣，你只有肯動(dòng)手去擺弄才能了解它是如何工作的，然后你就會(huì)開(kāi)始發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的應(yīng)用可能。”即使有學(xué)習(xí)曲線，機(jī)加工車(chē)間在3D打印機(jī)方面結(jié)合實(shí)際運(yùn)用所獲得的知識(shí)也已經(jīng)使得當(dāng)初購(gòu)置打印機(jī)變得物有所值。無(wú)論是構(gòu)建刀具護(hù)罩、零件筐或一次性原型樣機(jī)，Swiss Automation公司的打印機(jī)都不會(huì)閑置得太久。
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