前言
幾年前，看到許多機械工程師被鉆桿以及車床內(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)該尋找一種簡單的方式來遮蓋這些刀具并保護其員工的安全。
Swiss Automation公司的副總裁Vanessa Malo-Kurzinksi稱：“當(dāng)你瞧見這些數(shù)字并且發(fā)現(xiàn)1/3的傷害都是由同樣的事情造成的，你就會想到必須得做點什么了。”
幾年前，看到許多機械工程師被鉆桿以及車床內(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)該尋找一種簡單的方式來遮蓋這些刀具并保護其員工的安全。機加工車間想要購買一套現(xiàn)成的解決方案，但以失敗告終，此后，通過噴射鑄造法或在其切削加工中心構(gòu)建護罩的提案因為費用過高而被否決，在這種情況下，機加工車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機加工車間兩側(cè)的走廊樓梯下面，往左可以看到一臺3D打印設(shè)備，其有機玻璃護罩橫跨機柜的前部，以防止3D打印機在運轉(zhuǎn)過程中碰觸到車間內(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，快速且價格合理。通過使用相對廉價的桌面3D打印機，Swiss Automation公司能夠設(shè)計和制造定制的刀具護罩，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打印機還能解決車間地面上的許多其他的簡單問題。
安全——越周密越好
作為一個擁有130多臺運轉(zhuǎn)車床的大型車間，Swiss Automation公司認(rèn)識到建設(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臺自動車床的1人公司逐步成長為一家員工人數(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公司多年來一直能夠維持其增長，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)校開展外聯(lián)及支持生產(chǎn)規(guī)劃,同時保留了旨在促進新員工與經(jīng)驗豐富導(dǎo)師之間結(jié)對子形式的有償學(xué)徒培訓(xùn)規(guī)劃。今天許多成功的機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。
機械工程師Daren Johnson在Swiss Automation公司生產(chǎn)的Eurotech車削加工中心內(nèi)安裝刀具護罩。在某些情況下，員工僅在距離車床轉(zhuǎn)塔刀架數(shù)英寸遠的地方操作，這些安裝護罩可提供必要的防護，以防止碰撞、割傷和擦傷
對于公司來講，構(gòu)建一個大型人才庫一直是件要緊的事情,但更大規(guī)模的員工隊伍也意味著更多發(fā)生潛在工作場所事故和發(fā)生傷害的可能性。在Swiss Automation公司的可報告職業(yè)安全與健康傷害中，大約有30%涉及員工撞到車床轉(zhuǎn)塔刀架上的切削刀具。
從一開始，解決方案就是顯而易見的：為刀具安裝護罩。委員會的挑戰(zhàn)是如何簡單且有效地找到為刀具安裝護罩的辦法。在開展市場找尋但無法找到更好選擇的情況下，委員會意識到還得靠自己來想出遮蓋切削刀具護罩的辦法。
求助于增材制造技術(shù)
最后，Malo-Kurzinski請求車間工長Marc Moran和當(dāng)時的程序員Matt Savers來確定Swiss Automation公司遮蓋刀具的最佳辦法。在對設(shè)計展開集體研討，同時調(diào)查壓注模制或轉(zhuǎn)動車床護罩所需費用之后，Moran想到了3D打印。該技術(shù)將使公司建造自己的刀具護罩，而無需遮蓋車床。此外，他還發(fā)現(xiàn)了將增材制造技術(shù)導(dǎo)入車間所帶來的額外利益。
Savers開始著手調(diào)查市場,尋找符合如下條件的3D打印機：能夠提供一個得體的工作包封、工作性能靠譜、讓車間能夠采用耐用ABS塑料制造刀具護罩。結(jié)果證明：相關(guān)費用并不昂貴。
車間選擇了一臺LulzBot Taz 5桌面FFF 3D打印機，機床所青睞的亞馬遜用戶點評澄清了有關(guān)機床是否具備可靠性的疑問。在2014年3月采購系統(tǒng)之前，公司曾與LulzBot制造商Aleph Objects公司合作生產(chǎn)了一臺成功的刀具護罩樣機。截至2014年4月份，打印機被安置在Barrington工廠內(nèi)一個樓梯下不起眼的地方，打印機連接了一個老舊的筆記本電腦，用于運轉(zhuǎn)此打印機。
理論上，3D打印機的操作相對簡單。零部件的設(shè)計通過CAD程序來完成(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軟件）之中。切片軟件生成G代碼，通過宿主軟件或SD卡，被運送至機床。用戶可設(shè)定打印機的層厚度、溫度和速度參數(shù)，并開始構(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構(gòu)造。
Malo-Kurzinksi講道：“起初，我們討論了分層問題，而這樣做會使產(chǎn)品變得較弱，更容易被打破，我們必須學(xué)會如何在打印機速度與壁厚之間找到平衡。”經(jīng)過一段時間的樣機研究（原型設(shè)計）之后，Savers能夠生產(chǎn)出用于LulzBot的耐用ABS刀具護罩，生產(chǎn)效率開始大幅提升。
每個刀具護罩的設(shè)計均對應(yīng)于特定的機床和刀具(側(cè)面直接印有對應(yīng)的型號)，直徑尺寸介于0.75～1.125in（1＝25.4mm），長度介于2.5～3.5in，同時安在兩個刀具上的較大護罩長度尺寸為3in和寬度1.25in，可輕易、廉價地修改基本的刀具護罩設(shè)計，以適應(yīng)所需的任何車床或刀夾。
這臺Citizen車床內(nèi)部的橙色零件接收器最初被打印成固態(tài)，在后來鉆了若干排水孔，現(xiàn)在將這些排水孔作為設(shè)計的一部分進行了打印，消除了額外的步驟
縱向打印刀具護罩，并且每次只打印一次，這主要是受到打印機包絡(luò)的限制。Johnson運行打印機的周邊速度通常為40mm/s(打印機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周邊的速度)。在這樣的速率條件下，完成一個標(biāo)準(zhǔn)刀具護罩所花費的時間大約為1h，材料費為1美元。打印機可以運轉(zhuǎn)的比上述速度還要快，其最高打印速度為200 mm/s，但Johnson說運行速度慢一些會使零件的質(zhì)量更好。
據(jù)Johnson稱，ABS零件的料層厚度通常被設(shè)定得相對較薄一些（0.3mm），以保持精度。X軸和Y軸的打印機公差介于0.05～0.35mm，這樣生產(chǎn)出來的刀具護罩足夠精確，可以緊貼在刀架上，根本無需配備磁鐵或其他黏附機構(gòu)。這樣的精確性，加上對美學(xué)的考慮并不十分苛刻的事實意味著刀具護罩可以將構(gòu)建板拿下來隨時投用，不需要進行精整和后加工處理。
推銷與宣傳
學(xué)習(xí)如何在打印機上制作刀具護罩的確是一個挑戰(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。為使護罩發(fā)揮有效功能，研發(fā)團隊必須確保機械工程師記得去使用這些護罩。研發(fā)團隊發(fā)現(xiàn)：采用亮黃色、綠色和紅色打印出來的刀具護罩更具吸引力、更利于使用。這些護罩也更為明顯，這樣一來，機械工程師在啟動車床之前就會記得挪開護罩。
據(jù)Malo-Kurzinski估計，目前Swiss Automation公司中約有70%的機械工程師定期使用刀具護罩。自2014年7月刀具護罩問題得到落實以來，Swiss Automation公司中已安裝護罩的機床再未發(fā)生切削刀具傷人事件。
Swiss Automation公司正在做市場調(diào)查，想在條件成熟時，把刀具護罩銷售到其他的車工車間。公司開設(shè)了coveryourtools.com(基于印在每個護罩側(cè)面的宣傳口號)用于宣傳產(chǎn)品，同時，開始著手在商品交易會推銷刀具護罩，在今年早些時候舉辦的PMTS期間，公司就展銷過自己的產(chǎn)品，籍此達到宣傳效應(yīng)。根據(jù)市場需求，公司正在考慮在其機床上制造護罩，或可能再購置一臺打印機，將其與LulzBot Taz 5同時投用，以增加產(chǎn)量。
連鎖反應(yīng)
即便刀具護罩永遠不會成為暢銷產(chǎn)品，Malo-Kurzinski和Moran均表示同意這樣一種觀點：至少在減少傷害和節(jié)省時間方面，3D打印機本身也夠本了，更不必說它為Swiss Automation公司的車間所帶來的價值。
除了其他安全產(chǎn)品，如在桿式裝料機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打印機制造一些零部件，原先須從供應(yīng)商處高價購入，像機械手夾具之類的器械，每對的費用從250～750美元不等。有了打印機之后，價格大幅下降，材料費用僅為6美元。
機加車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打印機時講道：“就像任何新機器一樣，你只有肯動手去擺弄才能了解它是如何工作的，然后你就會開始發(fā)現(xiàn)越來越多的應(yīng)用可能。”即使有學(xué)習(xí)曲線，機加工車間在3D打印機方面結(jié)合實際運用所獲得的知識也已經(jīng)使得當(dāng)初購置打印機變得物有所值。無論是構(gòu)建刀具護罩、零件筐或一次性原型樣機，Swiss Automation公司的打印機都不會閑置得太久。
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