一次打印1400个陶瓷零部件，博世先进陶瓷3D打印实现批量制造
时间：2024-11-05 08:44 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
2014年，博世先进陶瓷引入了第一台俐陶智3D打印机。经过十年的发展，博世已成为陶瓷3D打印领域的领先者，拥有多种陶瓷打印技术的3D打印机，其中包括4台采用俐陶智LCM技术的陶瓷打印机。随着增材制造技术的不断成熟，博世不断提升其技术实力。
腹腔镜套管设计复杂，其薄壁要求和中空结构对3D打印技术是一大挑战。本文将详细介绍博世先进陶瓷如何凭借其丰富的技术经验，成功实现设计要求并能稳定批量生产，通过俐陶智LCM CeraFab增材打印机，该套管单次批量生产1400件，年产达到50000件。
博世先进陶瓷位于德国南部的布莱夏赫工厂，该工厂以年产数百万汽车零件而闻名。自成立以来，博世先进陶瓷便充分结合该工厂的内部陶瓷专业知识与强大的增材制造能力，为外部客户提供服务。
图1: 博世先进陶瓷总部位于德国南部 ， 博世布莱查赫 ⼯⼚内 ， 该⼯⼚以年产百万件汽⻋零部件⽽闻名 （图 ⽚来源： 博世）
此前，博世先进陶瓷具备陶瓷注塑和增材制造两项技术能力，开发增材制造的初衷是为了探索技术可能性并为注塑提供原型制造，但如今随着增材制造快速成长为独立的生产工艺，博世将完全专注于提供陶瓷3D打印业务，目前博世共拥有6台陶瓷3D打印机，其中4台是俐陶智CeraFab 3D打印机。
图2: 博世先进陶瓷在德国南部的布莱查赫⼯⼚拥有四 台俐陶智CeraFab 3D打印机 （图⽚来源： 俐陶智）
技术攻关
2023年初，博世先进陶瓷迎来了一项新的合作机遇：为一家著名的医疗科技公司生产一款陶瓷绝缘套管，用于微创腹腔镜设备。经过详细的技术评估，发现生产难点在于尺寸精度要求极高。如果能解决该难点，博世先进陶瓷可以实现有史以来在俐陶智CeraFab打印机平台单批次最大的生产规模。
表1: 绝缘套管的主要参数 （数据来源： 博世先进陶瓷）
由于医疗设备对质量的严格要求 ，博世先进陶瓷的技术团队需要在满⾜客⼾⾼质量标 准的前提下 ，完成每年⽣产20000个零件 的⽬标。 表1展⽰了绝缘套管的关键参数。
由于腹腔镜器械部件尺⼨很⼩并且要满⾜ 装配使⽤要求 ，在腹腔镜器械中 ， 需要电绝缘体隔离两个导电部件 ， 以防发⽣电击穿。 所设计的陶瓷套管外径仅为1.3毫⽶，不仅能减⼩⼿术切⼝ ，还能⼤⼤加快患者的 愈合速度并减轻术后痛苦。该套管 （如图3、 图5和图6所⽰） ⽤于包裹截⾯仅有0.35毫⽶的导线，因此套管的内径设计为0.43毫⽶ ，上部的陶瓷壁厚 仅为90微⽶。
“我们⾯临的挑战是同时满⾜独特设计和医疗器械精密质量标准 ，打印产品批次间质量 稳定 ，并实现年产2万件。”
3D打印的优势
3D打印⽆需使⽤模具，可以⾃由设计 ，能够打印出传统加⼯⽅式⽆法实现的复杂微细结构，同时确保产品达到尺⼨精度要求， 3D 打印成为医疗器械⼚商制作陶瓷部件的⾸ 选。
在选择材料时 ，技术陶瓷凭借其耐腐蚀、耐热冲击、电绝缘等多种优势成为理想的选择，技术团队选择了俐陶智的LithaLox 360 氧化铝作为⽣产材料 ， 完美满⾜客⼾对尺⼨、精度和电绝缘性的需求。
图3: 博世先进陶瓷⽣产的套管 （图⽚来源： 博世先进 陶瓷）
陶瓷增材⽣产
经过技术团队评估，博世先进陶瓷选⽤了俐陶智的LCM增材制造设备进⾏⽣产，这款机器的分辨率⾼达40微⽶，材料则选择了俐陶 智的LithaLox 360氧化铝，可以充分满⾜客⼾对尺⼨ 、精度和电绝缘性的需求。
博世先进陶瓷团队重点关注三 ⼤问题：
- 精确调整⽣产参数 ， 确保批次间质量 ⼀致
- 优化⽀撑结构设计 ， 以实现垂直⽅向 打印的结构
- 采⽤⾃动化清洁⼯艺 ， 确保安全处理 微⼩零件
双⽅制定了六个⽉内实现量产的计划， 并最初设定了年产20000个部件的⽬标。
图4： 俐陶智 LCM陶瓷3D打印机的内部。 该技术基于 光聚合沉积⼯艺 （VPP）， 能够⽣产极为复杂的⼏何形 状和微型部件 ， 实现传统陶瓷⼯艺难以达成的设计。 （图⽚来源： 俐陶智）
增材制造加速设计迭代和⽣产制造创新
经过与客户五个月的密切合作，博世先进陶瓷成功实现了每年生产20,000个部件的目标。这一成就得益于单次打印的高产量。通过优化设计、先进的LCM技术、优质的氧化铝材料，以及博世先进陶瓷与俐陶智的专业知识的结合，能够在单个打印平台上高效生产1,400个医疗器械部件，充分展现了3D打印技术的显著优势。
基于在批量生产中取得的显著成果，生产目标被提升至每年50,000个部件，超过客户初始需求的两倍。为实现这一增长，团队将进一步测试与协作，努力实现在多批次大量生产规模上的质量高标准和产品一致性。
图5： 3D打印套管在清洗、 拆除和烧结之前置于打印 平台上的状态。（图⽚来源： 博世先进陶瓷）
博世先进陶瓷成功将生产规模扩大至每年50,000个部件，标志着项目的圆满成功。这一成果展示了LCM打印技术在实现陶瓷材料复杂部件批量生产中的卓越能力，尽管批量庞大，所有部件仍保持一致的高质量，并满足了极薄壁厚的要求。
图6: 套管外观图 （图⽚来源： 博世先进陶瓷）
开创陶瓷批量3D打印新标杆
博世先进陶瓷凭借LCM技术的独特优势，实现了从小批量样件到大批量生产，这项技术能保证高精度、批次间质量稳定和设计自由灵活，满足了现代腹腔镜工具对复杂微型部件的需求。
图7: 通过陶瓷3D打印的⼿术钳头 （左） 和套管 （右) （图⽚来源： 博世先进陶瓷）
高性能陶瓷材料对于实现技术要求至关重要，如LithaLox 360氧化铝，具备耐高温、电绝缘、耐腐蚀等多种优势，配合使用分辨率可达40微米的CeraFab打印机，博世先进陶瓷成功实现90微米的陶瓷壁厚，打破传统制造工艺的限制。此外，博世先进陶瓷凭借其专有清洗工艺，处理过程中确保了生坯完整性，充分体现了其对整个生产链的专业掌控。
博世先进陶瓷成功将年产量从20,000件提高到50,000件，并保持质量一致，在行业中树立了新的标杆。这一成就不仅验证了俐陶智3D打印机打印技术和陶瓷材料在高产量、高精度制造中的能力，还突显了博世先进陶瓷作为陶瓷打印服务行业领先者的实力，将创新技术、材料科学与工业专长的有效结合，为陶瓷增材制造的未来发展开拓了新的机会。
本⽂英⽂原⽂作者为俐陶智Norbert Gall和 Alice Elt。 中⽂由博世先进陶瓷聂品旭、 杨 思琪翻译编辑。
(责任编辑：admin)
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