自动化供应商柯马通过3D打印优化夹紧装置的设计

柯马(COMAU)是一家隶属于菲亚特集团的全球化企业，成立于1976年，总部位于意大利都灵。柯马为众多行业提供工业自动化系统和全面维护服务，从产品的研发到工业工艺自动化系统的实现，其业务范围主要包括：车身焊装，动力总成，工程设计，机器人和维修服务。

最近，通过与合作伙伴意大利都灵理工大学的合作，柯马在通过3D打印技术来优化自动化夹紧装置方面有了自己的“新“得。本期，3D科学谷与谷友共同来了解自动化领域柯马的”新“得。

原工业自动化供应商柯马自去年7月开始携手意大利都灵理工大学的专家（意大利最古老的技术大学之一），以及众多技术型公司的技术团队组成了一个工作小组。小组工作的目标是探索如何通过3D打印这样的非传统生产方式为大量复杂的工业部件提供新的制造解决方案。

作为测试增材制造优势的一个尝试，工作小组选择了一个颇具特点的产品：柯马设备上用于夹紧焊接和装配的夹紧装置。柯马每年生产成千上万个不同形状的这种夹紧装置，每套夹紧装置的设计都是根据要焊接的物料的形状来设计的。小组选择了一个由S355JR钢材料制成的，需要三个零件组装而成的夹紧装置。

      

△原来的夹紧单元（左）由三个不同的组件组装而成。通过3D打印的夹紧单元（中间，右图）只需要一个零件，并且与原来的夹紧单元所需要的刚性相同

通过Altair的拓扑优化软件Inspire，小组在原来的夹紧装置设计的基础上进行了拓扑优化，并且还使用了欧特克Autodesk的Shape Generator以及达索系统的Tosca，设计师得到了优化的夹紧装置设计。

△拓扑优化后，根据力学分析的结果夹紧单元进行了重新设计

△通过仿真分析，以确保重新设计的夹紧单元在优化过程中获得所需要的力学性能。

新的设计，使得夹紧装置组件的数量从三个减少到只有一个。并且，这样的优化结果使得夹紧装置的重量也减少了。随后，工作小组将夹紧装置的材料S355JR钢材料改成AlSi10Mg铝合金材料，从而使得重量进一步减轻。

设计完成后采用了选择性激光烧结（SLS）3D打印来制造。在装配区和孔的部位还进行了特别的后处理，但由于没有组装的要求，所以相比于原来的设计对人工的要求并没有增加。

新的夹紧装置带来了显着的优势，不需要组装的夹紧装置比原来更耐用。并且也不需要像原来的设计那样在加工过程中需要大余量材料去除，这带来更少的浪费。相比于原来的设计，整个设计和制造的时间也减少了一半。而且因为不需要铸造的工艺，这使得供应链也缩短了。

除了这些好处，柯马发现新的设计带来更环保的生产系统和“绿色”操作。设计的变化以及使用铝合金减少了部分的重量，这样的夹紧单元安装在移动装置上反过来又可以降低对动力功率的需要，这对于“绿色工厂”的实现来说是个可喜的进步。

随后，柯马的工作小组将对新的夹紧装置进行在工业制造环境中的测试以确保可行性。并且还将尝试更复杂的产品或那些需要耗时以及生产过程昂贵的组件。柯马还在内部研究这些可行性的设计是否能够被推进到工业生产领域。

来源：3d科学谷
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