如何批量生产个性化科技产品?

如何将大规模生产方法应用于个性化产品?一个答案是使用数字制造技术的组合,例如将数字印刷和激光加工集成到传统制造过程中,这为在线产品定制铺平了道路。

  如何将大规模生产方法应用于个性化产品?一个答案是使用数字制造技术的组合,例如将数字印刷和激光加工集成到传统制造过程中,这为在线产品定制铺平了道路。据悉,弗劳恩霍夫研究所汇集了他们的专业知识,将新工艺提升到了一个新水平。

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  量产这个术语通常指大量相同的产品从装配线上完成包装,然而,最新的趋势要求个性化的产品。汽车行业就是这种趋势的一个例子:例如,大众汽车每年只生产一两款相同的高尔夫车型,然而,这种向个性化的追求也将批量生产技术推向了极限。弗劳恩霍夫灯塔超越4.0项目旨在通过实现个性化产品的批量生产来应对这一挑战,它是四家不同的弗劳恩霍夫小组与六家弗劳恩霍夫研究所之间的合作。

  项目经理Thomas Otto教授说:“现在,汽车行业的个性化基本上意味着为每一个可能的版本准备每一辆车,然后在生产线的末尾添加每个客户订购的特定功能,这意味着,每辆车都必须安装整个线束。”

  莱因哈德·鲍曼教授(Reinhard Baumann)在夫琅和费能源分析系统(Fraunhofer ENAS)工作,负责协调灯塔项目,他解释了这一新概念:“通过将传统的制造方法与新兴的数字技术和生产过程相结合,我们找到了一种在大规模生产环境中集成产品个性化的方法,我们从一开始就强调产品和生产的可靠性,但我们还有很长的路要走。”

  基本概念很简单:就像办公室中的喷墨打印机一样,研究人员使用喷墨和点胶技术来打印几何图案。但是,与其使用有色墨水(换句话说,具有“颜色”功能的墨水),不如使用具有导电性、半导电性和绝缘性等功能的墨水。该技术可用于创建单层和多层系统,甚至传感器和晶体管也是可行的。

  鲍曼说:“我不仅可以在光滑、水平的表面(如一张纸)上进行所有操作,而且还可以使用机器人在3D弯曲的工件(如深拉的车门)上进行所有操作。”

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  第二种数字制造技术起作用的是激光。研究人员将数字印刷和激光加工两种方法结合在一起,结果,激光束精确地跟随打印机所走的线,从而使其能够固化先前打印的光敏聚合物或烧结纳米颗粒油墨。鲍曼说:“我们已经实现了印刷空间分辨率的数量级改进,线宽降低到大约50微米。”

  为了证明他们的方法的普遍适用性,弗劳恩霍夫大学的科学家们已经完成了三个示范项目,用于汽车工程、航空和光学的主要未来市场。数字制造技术的使用为小批量生产个性化产品打开了大门。例如,汽车通常包含长达八公里的铜线,重约160公斤,专家可以使用数字打印在诸如门之类的身体部位上打印承载信号的导体路径,从而用印刷的导体轨迹代替一些较重的铜线,这使车辆更轻,并减少了油耗。

  在飞机上,研究人员团队专注于当前已胶合或拧紧的传感器。鲍曼说:“我们采用的是轻量结构中使用的、经过验证的纤维复合材料技术,然后结合了数字化生产工艺。” 使用这种方法,研究人员可以在玻璃纤维或碳纤维垫上数字印刷单个导体路径和整个传感器系统。然后用合成树脂浸渍它们,将它们直接集成到轻质组件中。在第一步中,科学家成功地使用这种方法将温度、电容和冲击传感器与民用飞机的机翼元件以及UHF天线和LED结合在一起。

  汽车前照灯镜片等光学元件一般由抛光玻璃或塑料制成,在“超越4.0灯塔”项目中开发的新技术开辟了制造自由成型光学器件的额外选择,这种光学器件将三个透镜的特性组合在一个元件中,而不仅仅是一个透镜的特性。这些自由形式的光学元件还可以集成发光二极管,从而实现信号功能。主要关注的是潜在的新应用,自由形式的光学系统可以将车辆产生的信息投射到道路上,而不需要任何屏幕,例如,在真正的停车标志可见之前投射停车标志,车辆可以从网络环境中提取所需信息。

  这项技术最大的优势之一是,它可以用于在制造环境中“串联”加工工件。现在使用的系统不是将产品从生产线中取出进行个性化处理,然后再将其反馈到生产线中,而是从头到尾留在生产线上。这在实验室规模上已经是可行的,研究团队现在正在寻求获得真实生产线的周期时间。同时,他们还在继续优化技术本身,改进它们的组合工作方式。鲍曼说:“这个灯塔项目汇集了一支非常高效的团队,他们真正懂得如何有效地合作。迄今为止,我们取得的成果使我们能够应对更多的市场,并共同努力。”

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