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[非凡士3D打印案例]3D打印技術簡化了智能馬桶原型制作流程

Numi 作為科勒的高端一體式智能馬桶之一，可以讓用戶根據個人喜好調整不同的體驗感，從四周有色光源照明到無線 Bluetooth? 音樂同步功能，再到加熱座椅。科勒計劃于今年發布 Numi 2.0，它無需雙手操控，并且能提供個性化的清潔功能及卓越的節水性能。通過嵌入 Amazon Alexa，用戶還可以通過語音激活多種功能，例如查看天氣和閱讀新聞。

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所有這些讓人眼前一亮的功能雖然能讓消費者滿意，但卻給設計師和工程師帶來了許多挑戰。智能馬桶的內部設計極為復雜，馬桶擁有數十個嵌入式傳感器和 600 多個組件，設計上的微小變化可能導致整個項目的重大修改。在這款全球最智能的馬桶面世之前，設計師需要進行無數次迭代，有時需要在傳感器上做一些微調，有時需要修改整個方案以適應功能的調整。為了驗證概念，科勒曾將原型的 CNC 生產任務外包，但整個過程十分耗時，尤其是報價和談判，這一直是個大問題。設計團隊通常需要等待超過一個星期，這導致設計師很難進行及時的修改，從而推遲了上市的時間。作為行業的創新先驅，科勒當然不想讓消費者們苦苦等待（也不想留給競爭對手追趕的時間）。

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在考慮如何能加快原型制作的過程中，科勒將其目光投向了3D打印——工業 4.0 時代的明星技術。作為上海研發中心負責新產品開發和測試EMC-Lab 經理，林云志先生先后考慮了 SLS 和SLA 等多種技術。然而，由于團隊成員想要一個適合在辦公室中使用的系統，他們縮小了選擇范圍，最終確定了非凡士的解決方案。最后，林先生決定從非凡士引入兩套系統來應對挑戰：Stratasys F900和 Connex3 Objet 500。

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從功能測試到零件生產科勒應用工程師陳玲女士將這兩套系統分別用于設計和原型制作階段，以滿足不同目的。在需要打印大型零件（如馬桶座圈）時，F900 尤為有用，因為它的打印尺寸大，并且可以打印制造級材料。陳女士用 ABS-M30（一種層粘合性強、拉伸性強、擁有抗沖擊和抗彎強度的材料）打印了許多零件，如風道和噴頭支架。對于對韌性要求較高的零件，如鎖扣等，她會使用 FDM Nylon 12 進行打印，其高抗疲勞性非常適合打印需要快速振動的組件。最重要的是，FDM 材料可在大規模制造前，用作直接生產中試批次的最終用途零件。這大大簡化了驗證流程并減輕了她的工作負擔。

陳女士表示：“能在手中拿到實物就非常好，這樣就可以進行符合行業標準的不同功能測試，3D 打印技術帶給我們極大的自由度。”如果使用機加工或銑削，當涉及到室體和腔體結構時，制造商必須先將原型分成多個零件。相比之下，3D打印讓無需將原型分解成零件，就可生產完整的模型。過去需要一周時間才能完成的工作，現在不到三天就能完成。這樣一來，團隊就可以更加專注于改善設計，滿足客戶的需求。

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在科勒團隊使用 F900 和堅韌材料制作功能性原型的同時，他們也使用 Connex3 系統進行更復雜的設計驗證。作為世界上第一臺多色彩和多材料 3D 打印機，該系統能將具有不同機械、光學或熱性能要求的零件放在同一托盤上，提供給科勒團隊更多的靈活性：生產出一件完整產品，打印后無需組裝。在創建 CAD 文件之后，陳女士就可以將數字設計轉化為實際的概念模型。這些模型包含流暢的三色漸變、鮮艷的多色紋理、時尚的透明色或不透明的乳白色，它們與預期的最終產品完全相同。

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陳女士對 Veroclear（一種用于透明丙烯酸模擬的透明 PolyJet 聚合物）打印的零件尤其滿意。VeroClear 的透明度和 Connex3 打印機的高精度相結合，使設計團隊可以輕易地將馬桶原型內的水流可視化，以立即驗證概念原型并進行必要的更改。陳女士還表示，GrabCAD 軟件的界面對用戶非常友好，它可以自動展現最佳的布局。“現在，我無法想象如果沒有 3D 打印機，我的工作會是什么樣子，”她欣喜地說道，“現在，我可以在設計過程中更加專注，相比以前，我可以更好的完成工作。

非凡士的解決方案使原型制作流程縮短了至少 40%，而且林先生還發現，成本也減少了一半，他對此感到非常滿意。在引進這兩個系統之后，他的實驗室也嘗試了一些新的想法，例如使用打印的零件來測試模具和水溫。當設備損壞時，工程師可以自己打印螺紋接頭來替換損壞的零件。經過短短的六個月，實驗室中的每個人都發現 3D 打印機的用途比他們想象中多很多。隨著 F900 和

Connex3 Objet500 在工廠里不停地運轉，林先生非常確信他們可以按時交付 Numi 2.0。

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他希望非凡士今后能夠提供更多的解決方案，也希望 3D 打印的零件可以實現大批量生產，并成為最終用途的零件。在購買 3D 打印機之前，我無法想象工作可以如此便捷。現在，我可以專注于設計流程，更加出色地完成工作。”陳琳科勒應用工程師由于使用了 PolyJet 透明材料，科勒工程師可以看見原型部件中的水流。