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惠普3D打印机袁玲丽演讲稿:增材制造重塑制造业

文章来源:深圳市创想三维科技有限公司人气:281发表时间:2018-08-05 13:48:08

惠普3D打印机袁玲丽

        袁玲丽:各位尊敬的来宾,大家下午好!

        我们今天的演讲已经接近尾声,所以大家可能也比较辛苦。

        其实我把我演讲的题目稍微换了一下,因为做了3D之后我也做过很多演讲,每次演讲都是讲增材制造如何是将来的趋势,有什么案例。今天我想说,我们能不能换一个角度,因为惠普从一个传统的2D巨头到3D打印,其实我们也经历了很多探索、摸索,也有一些经验。所以今天我们把惠普在这个过程中的经验跟大家分享一下,所以接下来我讲的内容会比较轻松,大家可以比较放松地来听。

        首先,我们都认为转型的过程不会那么简单,就像今天很多演讲者都提到,我们都知道增材制造将来会是一个趋势,它的未来很美好,但是这个过程是很艰难的。(PPT图示)所以我们就用了这张图,这张图不是网上找的,里面两位登山者就是3D打印部门的工程师,他们在登山的时候觉得太有感觉了,这跟做3D的感觉一样,所以我们就拿这张图比喻这个过程。

        为什么惠普之前要做3D呢?首先回到惠普公司,可能很多人知道,惠普是在硅谷的一个起源。我们作为一家从出身就把技术作为核心的公司,我们使命就是不停创造新的技术,让我们的客户体验到科技的乐趣。所以在今后几十年过程中,我们一直在用技术去开发新的产品,包括3D打印机。

        到目前为止,我们比较有名的产品是PC和打印机,这两个产品目前来说都是全球市场占有的第一名。举两个数字,我们的打印机每秒钟发一台货出去,所以在我刚才说话的几分钟里面,可能几百台打印机已经发出去了。PC更厉害,1秒钟1.7台运出去。

        说这些不是说惠普有多牛,惠普规模其实并不是全球最大的公司,我们只是500强、50强。但换一个角度来看,我们做产品,我们做研发,我们是不是就是3D打印的客户?所以接下来我们从惠普作为客户角度来说,我们是怎么使用3D打印机的。当然这背后除了刚才所有嘉宾说的增材制造能够给大家带来的好处之外,我们觉得还有一个对惠普来说非常有意义的好处,就是可持续发展,因为惠普是一家致力于可持续发展的企业。大家可能会问增材制造跟可持续有什么关系,我们知道简材制造是很浪费资源的方式,从碳排放来说增材制造制造非常环保的。所以可持续发展不是简单说我们不去破坏环境,我们不去做有污染的事。我们应该是采取更先进的技术,去减少浪费,去塑造可持续发展的长期的目标。

        我们的转型之旅是什么样的?我本人没有爬过雪山,但是爬雪山并不是搞一个装备,看着山顶就能够爬上去,不是这么简单的事情。除了有好的装备还要有好的计划,所以我们需要建立几个营地,爬珠穆朗玛峰中间有好几个营地。我们认为在不断学习中,我们也梳理了一下自己的思路,3D打印我们思考的时候我们看给企业带来什么好处,我们总结一下对我们意味着第一是节省时间,在我们开发新产品过程中,可以大大节省我们开发的时间,促进我们迭代的次数。举个例子,3D打印机,这种工业级的设备以前在惠普,我们的开发周期是五年,五年一个工业级的平台做出来,但是这款3D打印机我们应用了3D打印技术,所以花了两年时间就把产品做出来了。其次,我们还希望3D打印能够帮助我们节约成本,帮我们降低在研发到生产过程中的成本。第三是希望我们的设备,我们的产品利用增材制造3D打印技术能有更好的性能。第四是我们也有可能做一些定制化的产品。最后也是我们最核心的一点,就是这个方向应该是可持续发展的技术。

        所以我们做了这么一个项目,我们要在惠普内部作为客户先来使用3D打印技术,于是我们有两个部门,供应链部门和3D打印部门,一起组织了这么一个项目。我们把这个项目分成几个营地,我们要有计划,所以我们总结成三个营地:第一个营地叫技术替代,就是我用3D打印技术来替代现在我们用注塑或者级加工的方式,来达到更快的速度和更便宜的成本。第二个营地是提高性能,做完替代以后还要思考能不能帮助产品进行性能的提升。第三个也是比较好的营地,就是增材设计,为增材制造而设计我们的产品,彻底解放设计师的思维。

        从第一个开始看,第一个营地叫做简单的替换,也是我们的第一步,我们就从我们自己这款3D打印机开始,我们跟老板汇报了一下,说我们想用3D打印技术生产这款打印机,老板很支持,因为我们自己用成功了才意味着我们的客户能够应用成功。于是我们开始了这样的过程,这个过程并不是有一腔热情就要把所有东西都用3D打印,这是不现实的。我们经历了几步筛选,比如我们在产品中先寻找有多少机会可以做3D打印,哪些零部件,它的大小、技术要求、它的材料是不是可以用3D打印来做。做了这个初步筛选之后我们通过技术分析和测试,看它的强度、性能能不能满足产品的要求。第三步,也不能为了做而做,我们会让财务来分析,如果这个东西我们用3D打印做以及用原始的方法做哪个更能节约成本。最后这三步筛选出来之后,很重要的一步,我们还可能重新设计一下这个零件,因为以前很多零件设计的时候是为简材设计的,我们把它挑出来用增材制造设计的时候,我其实可以让设计师重新做一些设计,比如一些拼接的零部件我们可以不用拼接了,可以把它放在一起,类似于这样的改进。

        于是我们来看一下我们现在的产品,这其实是一个视频,很遗憾,播放不了。这个视频是把3D打印的零部件摘出来了,其实在现在的这款3D打印机里面,有一半塑料零部件,大概有66个零部件是用3D打印机打印出来的,我们这边有展台,大家有兴趣可以去看一看,让技术人员指给你们看哪些部件是用3D打印打印出来的。

        我们同时让供应商帮我们来测试,这些零部件我们已经设计好了,是用3D打印做的,你帮我们来生产,麻烦你帮我们核算一下,用3D打印零部件来生产我们是什么样的情况,我们的合作伙伴帮我们评估了一下。最终我们发现,零部件平衡点是5000到40000个,在5千到4万个数量的零部件用3D打印比用传统楷模的方式便宜。通过这60多个零部件使整个项目成本节省了70%,并且这些零部件减重也达到了70%,设计周期大大缩短,以前五年的平台两年就可以做出来。

        除了3D打印机我再讲一个例子,因为惠普还做很多工业级产品,比如这款产品是一个3.2米宽的很大的工业体打印机,机器长5米,跟一个中巴车差不多大。这种机器中数量也是一个工业级产品,可能一年数量不会太大,里面有很多零部件是定制化的。我们也在里面挑出了一些零部件做改造,比如第一个金属的零部件,是原始的设计,用的是CAC传统的加工方式加工的,用来挂2D打印机里面颜色较准的一个零部件,它需要一定的功能性,但是它的承重要求也还可以,评估下来,我们把这个部件可以做3D打印。第二个零部件是我们简单的做了一个修改,把金属件变成了尼龙件。第三步,我们把它做了轻量化的设计,把里面做了镂空。第四步,我们又作了拓扑优化,现在这个零部件也在工业打印机上找得到,作为最终产品在使用。通过这一系列的变化整个成本降低了一半,重量减轻了93%,碳排放减少了95倍,是非常厉害的。同时,我们不仅仅限于把它作为我们的样品,作为我们的最终零部件,我们还在搭建生产线过程中用了大量的打印,作为我们的工装、夹具等等,这其实是3D打印非常适合的一点,我们也在用。

        (PPT图示)比如惠普有一个口袋打印机,很小一个,可以跟手机连接随时打照片。在它的包装工厂上我们做了2千个工装,这个工装跟以前的工装不一样,因为这是包纸的,纸有不同的尺寸。这个工装的设计,我们把它的卡口作为一个可以变动的卡口,这样我们换一种纸去生产线包装的时候不需要把工装全换掉,只要把这个卡口稍微挪动一下就可以了。这样2千个工装做下来,生产线也大大节省了转换时间,工装制造2千个部件的时间也由13周变成了2周,成本大大降低。这只是一个例子,惠普所有产品生产线上我们都大量应用了3D打印。

        刚才讲了,第一个是技术替代,是一个比较简单的第一步过程,也是作为客户如果想尝试3D打印,第一步通常都可以从这里开始,就是拿一个已知零部件做优化,然后替代。第二步,我们是希望通过3D打印设备的性能还能得到提升,我们是怎么做的呢?比如一个打印头生产线的生产工具,左边是一个原始的设计,用的是传统的机加工,它需要13个零部件组装在一起,非常重,500多克,成本也很贵,并且需要三到五天才能做成。基于这个我们做了优化,把它做成了一个一体的设计打印出来,减重减到了十分之一,并且成本降到了不止十分之一,一到两天就能做成。因为这是一个烯打印头油跟水的过程,它的性能非常好,因为不会漏油,很好清洁和更换。

        (PPT图示)接下来这是第二款打印机,就是惠普明年4月份会推出的一款彩色的尼龙打印机,这个打印机现在还没有上市,我们设计的时候吸取了第一台打印机的经验,这个设计的时候不是做简单的替代,而是设计的时候我们就开始如何用3D打印技术。这台打印机比第一台小,里面140个零部件都是用3D打印的,前不久我跟我们的工程师聊天,他说其实已经有200个零部件了,所以这个打印机应该是世界上用到3D打印零部件最多的一个产品。

        (PPT图示)这是一些3D打印设计,有一些网状的设计,其实都是利用了3D打印的优势,让它更轻量化,减少组装,让它的性能更好。

        还有一个例子,我们来看一下研发工程师怎么说的。这个例子是一个彩色3D打印机里面的流道,左边是传统的设计,如果要设计这个流道传统要拆分,否则没有办法做开模的过程,开完模还要再组装回去,这是传统的方式。现在我们用一体的方式打印出来,其实流道的设计还是有很多不错的案例,因为有人在做仿真软件,在做业内优化软件的时候,在流道设计的时候我们软件已经很强大,可以做很多模拟和优化。但是很少有人去做,为什么呢?因为优化出来的管路通常不规则或者是形状比较奇怪,传统的工艺很难加工它。我们现在发现,有了3D打印本身流道形状不再是问题,我们就可以完全以最优的方式去设计这个流道,设计好了就可以生产出来。所以这也是一个非常好的应用。

        这里有一个我们工程师的视频,他是讲述设计流道过程中有什么感受。他说作为传统的工程师有两个痛苦,第一是要考虑如何生产,然后再去设计,但现在他只要先想象出设计的样子,设计出来之后直接可以去做打印,直接做生产,不用考虑后面的可能性。第二点是快速,因为以前有一个设计之后要做样品,要等两到三周的时间,样品回来之后他发现要进行修改,又要送出去再重新做样品。现在今天送了样品,明天就可以拿着实物去看,去评估它好不好。经验丰富的工程师看到数字的文件,电脑里三维的文件跟拿到实实在在产品去试完全不一样。所以可以实现我作为一个设计师,今天设计好明天就可以拿实物尝试,这对他来讲非常有意义和价值。

        所以刚才讲了爬山的大本营,第一是做替代,第二是优化它的性能,使我们的产品更加好,更加优化。第三个是增材设计,就是将来的设计是围绕着增材设计去做的。现在惠普只要是工业打印机的零部件,因为工业打印机零部件有一个特点,就是数量不会特别多,我们要求工程师转换思路,以后设计不需要考虑开模、脱模,先考虑3D打印,我们工程师已经转换思路。

        同时我们还跟一些部门合作,说你们的新产品试生产,这是什么概念呢?因为惠普做很多消费级PC跟打印机量都是非常大的,可能最少的产品也要卖几百万几千万件。能不能用3D打印呢?我们觉得也可以,怎么用呢?比如这是一个惠普新的产品,是一个3D摄象头,可以装在普通电脑上,使电脑具有3D扫描的时候。做这个产品的时候我们产品经理和部门会想:这个产品有没有市场?市场反映怎么样?我预测它的销售怎么样?以前没有办法,以前把它生产出来卖,卖失败了不行,只能到了市场才知道。现在我们跟工程师说,你可以先生产小批量,比如5千个、1万个,然后把这1万个产品投放到市场上去试一下市场的反应,如果市场反应好我们做大批量生产,不好我们是不是可以调整修改或者放弃这个产品。我有很多客户都跟我说有这个想法,他们有两个产品,不知道哪个在市场上受欢迎,一个圆,一个方的,我们完全可以每样生产一些,直接放到商店里面试客户的反应,然后来选择哪一个作为主流产品。

        刚才通过上面一步到三步的过程分享给我们的客户和同行,这是惠普自己作为3D打印的客户的一些经验或教训。

        下面来总结一下有哪些挑战,第一要正视风险,并不是所有东西都是适合的,也有可能你有一些尝试,最后证明是不合适的,有一些是强度达不到的,有些是因为价格等等因素不可以。我们要面对这个可能性,但也要勇于尝试。第二是你的供应商,因为有些企业这些东西不是自己来做的,就像我们用3D打印机,但是我们不用3D打印机来生产,是我们生产厂商做这件事情,他们也要配合我们,怎么去做生产,怎么去提高自己管理3D打印生产的能力。第三个是对惠普3D打印技术有信心,它可以作为生产型设备,因为我们已经完全证明了这一点。其实之前在给我们工程师做沟通的时候,我说你们用3D打印技术来打印这个零部件吧?他们之前都有很多顾虑,但是现在通过证明之后更加有信心,我们相信现在有些部件确实可以用3D打印来生产。最后,真正把3D打印用在生产中不是一个部门决定的,需要很多部门协调,研发部门、采购部门、设计部门以及最后的生产部门,彘肩斗需要协调,包括供应链管理的部门。因为以前他管理的可能是模具,可能管理的是一些零部件、库存,现在他管理的是虚拟的3D打印文件的库存,生产周期跟以前都不一样了,所以每个部门都要去协调。

        但是我们也有很多收获,比如我们发现3D打印不仅仅是一个用途,它可以从设计到验证,到生产过程中使用,用的越广受益就越多。第二,如果你要成功管理层必须要投入,作为管理层是不是支持这件事,是不是有一定的投入来支持这个事?你不能要求下面的工程师马上就要节约多少,马上达到什么样的效果,要有前期的尝试和投资过程。当然还有设计工程师思维的转变以及生产的转变。第三,越早使用,生产越多对性能帮助越大,因为这是一个学习的过程,当你的工程师知道这个东西怎么用,它有什么样的好处以及劣势才能发挥出来。第四,这个东西需要我们培训和鼓励使用,比如所有的设计师,所有惠普机械的设计师都是不懂3D的,你要给他培训,要告诉他怎么样去使用、怎么样去设计,他才会体会到这个好处。最后,我们要跳出传统思维,有时候我们的思维已经被传统的制造方式和固有的思维所限制,我们需要能够跳出这些条条框框,真的去做一些突破性的尝试。

        最后送大家一句话,是我们惠普所有工程师的信念:我们不预测未来,我们去创造未来,未来是我们自己创造出来的。

        谢谢!

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