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企業(yè)如何轉(zhuǎn)變觀念,融入增材制造技術(shù)?

0KOd_MEDTECCHIN ? 來源:3D科學(xué)谷 ? 2020-05-19 09:55 ? 次閱讀
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3D打印技術(shù)骨科植入物、模具鑲件等制造領(lǐng)域取得了有目共睹的進(jìn)展。然而通過3D打印技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)技術(shù)制造的產(chǎn)品在設(shè)計上有著明顯不同。那么國內(nèi)企業(yè)該如何穩(wěn)步調(diào)整,跟上增材制造發(fā)展趨勢,在現(xiàn)有體系中融入面向增材制造的設(shè)計?設(shè)計師如何才能掌握基于增材制造的產(chǎn)品設(shè)計方法-為增材制造而設(shè)計(DfAM)的思維設(shè)計法呢?

企業(yè)轉(zhuǎn)型不同階段的標(biāo)準(zhǔn)

對于多數(shù)的產(chǎn)品設(shè)計與制造企業(yè),不能實現(xiàn)降低企業(yè)成本,批量化生產(chǎn)和增加企業(yè)收益的技術(shù)肯定不會用。

為增材制造而設(shè)計(Design for additive manufacturing,DfAM)是一種設(shè)計方法。常見的定義是:基于增材制造技術(shù)的能力,通過形狀、尺寸、層級結(jié)構(gòu)和材料組成的系統(tǒng)綜合設(shè)計最大限度提高產(chǎn)品性能的方法。

企業(yè)如何轉(zhuǎn)變觀念,融入增材制造技術(shù)?

我們需要面對的現(xiàn)實情況是:很多國內(nèi)的企業(yè)都希望能夠降本增效,一項新的技術(shù),如果能夠滿足企業(yè)“降本增效” 的需求,才可能被企業(yè)關(guān)注,并引入到企業(yè)當(dāng)中。

現(xiàn)在國家大力提倡的“機(jī)器人換人”戰(zhàn)略,機(jī)器人自動化技術(shù)能夠真實的讓企業(yè)減少人工成本,并且提升產(chǎn)能。企業(yè)經(jīng)營者能夠看到,每增加一個機(jī)器人的運(yùn)用,就可以減少幾個人工成本,逐步替換,實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)制造的“無人化”,將邊際成本變?yōu)樽畹?。這個技術(shù)帶來的好處是比較明顯的,因此很多的企業(yè)都有在這方面發(fā)力,按照企業(yè)規(guī)劃的自動化發(fā)展階段,在不影響經(jīng)營的情況下 ,逐步實現(xiàn)轉(zhuǎn)變。

對于增材制造技術(shù)在企業(yè)的發(fā)展階段,歸納了四個階段,分別呈現(xiàn)給大家:

初級階段—讓增材制造技術(shù)充當(dāng)“助手”

入門階段—讓增材制造技術(shù)充當(dāng)“特種小分隊”

增長階段—讓增材制造成為企業(yè)的“先鋒部隊”

完成階段—完成轉(zhuǎn)型實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展“新定位”

在入門階段,詳細(xì)闡述了一種新的面向企業(yè)的設(shè)計師DfAM思維培養(yǎng)理論與方法—結(jié)構(gòu)功能融合設(shè)計法。

1

初級階段—讓3D打印技術(shù)充當(dāng)“助手”

對于企業(yè)而言,就目前的3D打印技術(shù)實現(xiàn)能力,可能只是自己在產(chǎn)品制造當(dāng)中的一個環(huán)節(jié),要完全替代原有生產(chǎn)線,不是短時間能夠?qū)崿F(xiàn)的事情。要啟動轉(zhuǎn)變,就需要讓3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計制造周期當(dāng)中,先充當(dāng)“助手”的身份,在產(chǎn)品原型設(shè)計,還沒有實現(xiàn)批量化的階段,幫助企業(yè)實現(xiàn)降本增效。

在確定產(chǎn)品的設(shè)計需求以后,設(shè)計師需要根據(jù)產(chǎn)品功能需求,同時還要考慮企業(yè)所能提供的制造能力和投入資金情況下,盡早完成產(chǎn)品的設(shè)計,盡早投入到生產(chǎn)環(huán)節(jié)。這是筆者所理解的企業(yè)經(jīng)營者在思考時的“底層思維”。

3D打印在這個階段,可以以其快速原型驗證的特點(diǎn),減少產(chǎn)品原型的制造周期,實現(xiàn)快速產(chǎn)品迭代。原本需要數(shù)月,花費(fèi)幾十萬資金的原型階段??梢岳眠@個技術(shù),縮短為1-2周內(nèi)的時間,成本只有原來的十分之一,甚至更少,實現(xiàn)降本增效?,F(xiàn)在的3D打印手板業(yè),基本就是3D打印快速原型驗證的實際市場化運(yùn)用。對于原型驗證少的企業(yè),可以選擇尋找打印服務(wù),對于原型驗證多的企業(yè),則可以選擇自購打印機(jī),實現(xiàn)快速原型驗證。

2

入門階段—讓3D打印技術(shù)充當(dāng)“特種小分隊”

都說“模具是工業(yè)之母”,大量的制造業(yè)企業(yè),都使用模具設(shè)備來實現(xiàn)產(chǎn)品高效率、大批量、低成本的生產(chǎn)。另一種就是傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)的一些產(chǎn)品, 需要利用減材制造的技術(shù)來實現(xiàn)產(chǎn)品的加工生產(chǎn),企業(yè)需要購買設(shè)備或以買服務(wù)的方式,以“車銑刨磨”等多種機(jī)加工方式來滿足產(chǎn)品的制造需求,大量不同的專業(yè)設(shè)備,帶來了采購成本,也帶來了大量的專業(yè)設(shè)備操作人員的人工成本和時間成本,產(chǎn)品完整生產(chǎn)模具開發(fā)成本也很高。這些統(tǒng)稱之為生產(chǎn)成本。想要平攤產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,要么就是大批量生產(chǎn),要么就是提高產(chǎn)品的價格,這是企業(yè)經(jīng)營者在思考批量制造階段時的“底層思維”。這樣的方式所導(dǎo)致的結(jié)果就是----越是個性化定制的產(chǎn)品,越是市場需求量少的產(chǎn)品,價格就出奇的高。

《商戰(zhàn)》一書中談到,—商場如戰(zhàn)場。如果把一家企業(yè)比作一直作戰(zhàn)的軍隊,那么現(xiàn)有的“軍隊”編制和運(yùn)營能夠讓企業(yè)應(yīng)對當(dāng)前局勢。突然轉(zhuǎn)變并不可取,而在現(xiàn)有編制下,打造一只“特種小分隊”,則是一種合適的發(fā)展選擇。

對于大企業(yè),企業(yè)中有一定規(guī)模的設(shè)計部門存在,具體到企業(yè)中可執(zhí)行的策略就是,在設(shè)計部門選擇數(shù)人成立增材制造產(chǎn)品研究小組,根據(jù)自身的產(chǎn)品定位與特點(diǎn),來開發(fā)新的適應(yīng)于增材制造而且有市場需求的個性化產(chǎn)品,并合理的控制新產(chǎn)品價格。以此為企業(yè)注入新的產(chǎn)品競爭優(yōu)勢,同時也不必花費(fèi)過多的人力物力。

在產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)過程中,設(shè)計師會積累大量的增材制造相關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗,與設(shè)備經(jīng)常的打交道能夠幫助設(shè)計師更好的理解增材制造的相關(guān)工藝設(shè)計,培養(yǎng)增材制造設(shè)計思維,使設(shè)計更適合于使用增材制造制造。在采用適合3D打印制造的方式實現(xiàn)小批量的設(shè)計并制造以后,只需要根據(jù)訂單需求,調(diào)取原有設(shè)計數(shù)據(jù),制造個性化定制的產(chǎn)品并投入市場。

對于中小企業(yè),本身設(shè)計部門的時間有限,不能單獨(dú)成立“特種小分隊”

開發(fā)新產(chǎn)品。要解決這個難題,有一種比較簡單的解決方式就是—原始設(shè)計+3D打印輔助設(shè)計。在不太改變原有產(chǎn)品的功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況下,與具備增材制造設(shè)計能力的公司進(jìn)行項目合作,針對要使用3D打印技術(shù)制造的產(chǎn)品,只對局部做修改調(diào)整,使其符合3D打印的工藝要求。進(jìn)而用3D打印技術(shù)實現(xiàn)批量化的生產(chǎn),以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,如果企業(yè)不想承擔(dān)當(dāng)前3D打印技術(shù)昂貴的設(shè)備成本,也可以選擇3D打印的服務(wù)。來實現(xiàn)對成本的控制,完成產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié),并同時讓中小企業(yè)具備了“特種小分隊”這樣的競爭優(yōu)勢。

不管對于哪種企業(yè),最為徹底的解決方式就是——培訓(xùn)企業(yè)設(shè)計人員的增材制造設(shè)計思維,使其具備應(yīng)用3D打印設(shè)備做設(shè)計的能力。這是一種從內(nèi)部實現(xiàn)改變的最好的方式。

對于很多的企業(yè)而言,自己企業(yè)的設(shè)計人員的大部分時間都在自家產(chǎn)品“設(shè)計”上。對自家產(chǎn)品的一些設(shè)計細(xì)節(jié)的把握非常細(xì)致。對于產(chǎn)品提出的任何新問題,都可以快速的找到新的設(shè)計方法,實現(xiàn)產(chǎn)品的迭代。從這點(diǎn)來說,設(shè)計師的“原有設(shè)計思維”是非常強(qiáng)的。如果想徹底的去改變一個人常年使用的思維和方法,也是非常困難的。既然做減法難,那就做思維的加法,在原有產(chǎn)品設(shè)計思維的基礎(chǔ)上,增加增材制造的設(shè)計思維。那我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)讓設(shè)計師在“原有產(chǎn)品設(shè)計思維”上,逐漸實現(xiàn)思維的疊加,筆者給出的建議如下:

進(jìn)行增材制造技術(shù)的培訓(xùn)

與增材制造相關(guān)的專家或者設(shè)備供應(yīng)商合作,為企業(yè)的設(shè)計師進(jìn)行適合企業(yè)的增材制造技術(shù)的設(shè)備使用的工藝講解。使設(shè)計師知道并理解有這樣一個設(shè)備,它的基本工藝特點(diǎn)。讓設(shè)計師意識到:“這個設(shè)備是我設(shè)計時可以使用的一種新的制造方法,我可以選擇不用以前的設(shè)備來考慮制造自己設(shè)計的產(chǎn)品,而是用這種新技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計”。

越是年輕的設(shè)計師,接受新事物的能力越強(qiáng)。企業(yè)可以選擇一些年輕的設(shè)計師來熟悉這個技術(shù),并給予設(shè)計師嘗試的技術(shù),讓設(shè)計師直接考慮以這樣的制造技術(shù)來實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計與制造。再才是針對這樣的技術(shù)一點(diǎn)點(diǎn)的優(yōu)化迭代自己的產(chǎn)品設(shè)計思路。這個階段,要允許設(shè)計師對設(shè)計的創(chuàng)新嘗試,允許試錯。只要做的設(shè)計能滿足產(chǎn)品需求,能夠用3D打印制造出來,也不必要考慮最優(yōu)化設(shè)計,就安排生產(chǎn),投入市場 。一次次的產(chǎn)品設(shè)計,一次次的設(shè)計迭代,直到達(dá)到成熟,這樣一個原有產(chǎn)品設(shè)計思維+增材制造設(shè)計思維的設(shè)計師就會成為了企業(yè)的競爭新優(yōu)勢!

需要提及的是,當(dāng)前現(xiàn)有的DfAM思維培訓(xùn)中,基本都繞不開仿真設(shè)計環(huán)節(jié),但對于很多中小企業(yè)來說,花費(fèi)巨資購買仿真軟件以及花很長時間培養(yǎng)具備仿真能力的設(shè)計人員,并不是企業(yè)最好的選擇,這也給這個技術(shù)的推廣設(shè)置了巨大的門檻。以下兩點(diǎn)可以幫助企業(yè)設(shè)計師快速獲得DfAM思維能力,而不需要花費(fèi)巨資。

1. 選擇具備仿真能力的軟件做基礎(chǔ)仿真

有一點(diǎn)必須注意的是:對于很多產(chǎn)品更重要的是能夠制造出來,仿真只是幫助產(chǎn)品優(yōu)化的手段之一,而對于一些本身結(jié)構(gòu)優(yōu)化要求不高,更多追求功能實現(xiàn)的產(chǎn)品設(shè)計來說,如果在仿真方面花費(fèi)的時間與精力占用了產(chǎn)品太多的開發(fā)周期,并不可取。像Solidworks這樣的上手容易的建模軟件其實也有仿真功能,在網(wǎng)上尋找網(wǎng)課,只需要花費(fèi)很少的費(fèi)用和時間,學(xué)學(xué)基本的增加載荷做受力分析,就可以驗證自己改造的設(shè)計,結(jié)構(gòu)受力是否合理。

另外值得一提的是:Altair的 inspire仿真軟件,也可供普通設(shè)計人員使用,操作上去除了復(fù)雜的操作流程。筆者在安裝完軟件,3小時內(nèi)就能夠根據(jù)教程,摸索著完成了第一個仿真和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)—橋梁支撐結(jié)構(gòu)。在完成關(guān)鍵步驟后,等待電腦的自動計算,得到結(jié)構(gòu)的仿真優(yōu)化結(jié)果,以幫助自己調(diào)整設(shè)計。由于是增材制造,設(shè)計師也不需要太擔(dān)心加工不了的問題。

2. 跨領(lǐng)域借鑒學(xué)習(xí)經(jīng)驗,提升興趣

3D打印制造賦予了設(shè)計師巨大的設(shè)計靈活性,設(shè)計師完全可以跨界學(xué)習(xí)。大量的吸收各行業(yè)的與自家產(chǎn)品類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計,將別人好的設(shè)計優(yōu)化結(jié)構(gòu)點(diǎn)運(yùn)用到自己的產(chǎn)品設(shè)計中。比如法蘭面的設(shè)計,對于局部結(jié)構(gòu)減重設(shè)計,完全可以參考借鑒汽車或者航空航天領(lǐng)域當(dāng)中的典型減重結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,大膽的運(yùn)到到自家的產(chǎn)品設(shè)計中,如果自己沒有把握,就使用具備基礎(chǔ)仿真功能的軟件做單個功能的受力仿真(而不是全部),驗證自己的推測,單一功能的仿真,也不需要大量的計算資源和時間。設(shè)計師以此不斷積累新的功能結(jié)構(gòu)輕量化的案例,自然就能讓自己的產(chǎn)品越來越輕量化,越來越適合于增材制造。當(dāng)設(shè)計師真正感受到這種自由組合,不受限制的設(shè)計方式帶來的快感以后,更有動力去主動深入研究對于自家產(chǎn)品的優(yōu)化方法。一步一步的實現(xiàn)向增材制造設(shè)計思維—DfAM設(shè)計思維的轉(zhuǎn)化。

法蘭面典型“花瓣”減重設(shè)計結(jié)構(gòu)

簡單總結(jié)一下上面內(nèi)容闡述的方法:

1. 學(xué)習(xí)具有仿真功能的軟件,掌握基本仿真能力,如果產(chǎn)品本身優(yōu)化性要求不高,則優(yōu)先考慮增材制造的新工藝要求,保證產(chǎn)品開發(fā)周期和生產(chǎn)質(zhì)量,逐步迭代;

2. 跨行業(yè)領(lǐng)域?qū)W習(xí)別人做的局部單一功能設(shè)計結(jié)構(gòu),并結(jié)合自身產(chǎn)品參數(shù)做仿真驗證;

3. 將積累的局部單一功能設(shè)計通過建模融合到現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計中;

4. 不斷積累與迭代自己的產(chǎn)品和積累設(shè)計功能結(jié)構(gòu)設(shè)計,逐步實現(xiàn)向DfAM設(shè)計思維轉(zhuǎn)化。

3

增長階段—讓3D打印成為企業(yè)的“先鋒部隊”

由于企業(yè)的規(guī)模不同,設(shè)計師的能力不同,各企業(yè)在入門階段的發(fā)展時間并不一致。但基于入門階段,企業(yè)設(shè)計師對于針對自身產(chǎn)品適應(yīng)增材制造技術(shù)的積累,新產(chǎn)品開發(fā)的速度大大提升,此時就可以考慮將原來的“特種小分隊”,升級為“先鋒部隊”,增加企業(yè)在增材制造方面的人力與物力以及市場宣傳的投入。

1. 這個階段,需要大力宣傳增材制造的產(chǎn)品,將原有傳統(tǒng)產(chǎn)品與增材制造新產(chǎn)品共同發(fā)力進(jìn)入市場,在原有產(chǎn)品老名片的基礎(chǔ)上,讓增材制造產(chǎn)品成為企業(yè)的新名片。

2. 合理推進(jìn)增材制造產(chǎn)品在企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品總量的占比。在傳統(tǒng)制造方式和增材制造設(shè)計方式制作的產(chǎn)品市場化的過程中,根據(jù)市場的反饋,適應(yīng)性的提高增材制造的產(chǎn)品占比,避免產(chǎn)能升級太快,出現(xiàn)原有產(chǎn)能不足或者產(chǎn)能過剩的情況發(fā)生。

3. 原來選擇使用傳統(tǒng)產(chǎn)品的客戶,嘗試使用新的增材制造產(chǎn)品,建立起客戶對增材制造產(chǎn)品附加價值的認(rèn)可。

同樣的,企業(yè)的產(chǎn)品類型和用戶規(guī)模等都會影響這個過程的發(fā)展時間,企業(yè)可按照上述方式穩(wěn)扎穩(wěn)打,在傳統(tǒng)的流水線多流程的產(chǎn)品設(shè)計模式中,逐步融合增材制造產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)模式,逐步實現(xiàn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型。

4

完成階段—完成轉(zhuǎn)型實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展“新定位”

當(dāng)企業(yè)完成產(chǎn)能轉(zhuǎn)型,基本意味著公司的設(shè)計人員具備了完整增材制造的設(shè)計思維和設(shè)計經(jīng)驗,企業(yè)的生產(chǎn)流程也是適合于增材制造的管理流程,還包括非常重要供應(yīng)鏈的管理,都已經(jīng)實現(xiàn)了過渡。

在掌握了增材制造技術(shù)以后,針對目前公司已有產(chǎn)品類型的設(shè)計方法和規(guī)則已經(jīng)大量的標(biāo)準(zhǔn)化,流程化,設(shè)計部門也積累了大量的適合增材設(shè)計制造的設(shè)計經(jīng)驗,具備了增材制造的設(shè)計思維。以增材制造的靈活性,這些經(jīng)驗和設(shè)計能力完全可以拓展至與更多與企業(yè)當(dāng)前產(chǎn)品有關(guān)的領(lǐng)域,或者制造技術(shù)方面相同的跨界行業(yè)領(lǐng)域,為公司開辟全新的產(chǎn)品發(fā)展路線。

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原文標(biāo)題:企業(yè)如何融入面向增材制造的設(shè)計?

文章出處:【微信號:MEDTECCHINA,微信公眾號:Medtec醫(yī)療器械設(shè)計與制造】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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    的頭像 發(fā)表于 03-20 18:48 ?228次閱讀
    看視頻,抽好禮!Aigtek帶你揭開金屬<b class='flag-5'>增</b><b class='flag-5'>材</b><b class='flag-5'>制造</b>測試系統(tǒng)神秘面紗!

    LCOS-SLM功率突破700 W,金屬制造:終于等到你!

    ?在航空航天、醫(yī)療、新能源汽車等高端制造領(lǐng)域,金屬制造(3D打印)技術(shù)正發(fā)揮著越來越重要的作用。它能夠快速
    的頭像 發(fā)表于 02-26 06:24 ?331次閱讀

    工業(yè)制造將走向何方

    2025年,工業(yè)制造將走向何方?多位行業(yè)領(lǐng)袖在近日表達(dá)了對未來發(fā)展趨勢的研判,其中“謹(jǐn)慎的樂觀”成為主基調(diào)。經(jīng)濟(jì)波動、成本壓力、應(yīng)用場景拓展以及行業(yè)整合將是影響未來格局的關(guān)鍵因素。 經(jīng)濟(jì)環(huán)境
    的頭像 發(fā)表于 02-07 09:18 ?514次閱讀
    工業(yè)<b class='flag-5'>增</b><b class='flag-5'>材</b><b class='flag-5'>制造</b>將走向何方

    2025電子設(shè)計與制造技術(shù)研討會

    ,華秋特啟動了“2025電子設(shè)計與制造技術(shù)研討會”。本屆研討會將從EDA設(shè)計、DFM軟件分析、高速pcb設(shè)計、多層PCB制造、PCBA加工等制造環(huán)節(jié)進(jìn)行主題分享,還邀請了行業(yè)專家?guī)碡S
    發(fā)表于 12-18 10:23

    印刷電子技術(shù)可以做什么?制造智能傳感器

    探索產(chǎn)業(yè)化路。 作為國內(nèi)備受認(rèn)可的制造技術(shù)領(lǐng)域的頭部供應(yīng)商,綠展科技率先實現(xiàn)導(dǎo)電油墨印刷工藝與技術(shù)突破,量產(chǎn)不同基材上印刷制備的1~5
    的頭像 發(fā)表于 11-16 21:47 ?606次閱讀
    印刷電子<b class='flag-5'>技術(shù)</b>可以做什么?<b class='flag-5'>制造</b>智能傳感器

    X-ray蔡司工業(yè)CT用于檢測制造醫(yī)療植入物

    (AdditiveManufacturing),是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。近年來,制造
    的頭像 發(fā)表于 11-15 11:47 ?522次閱讀
    X-ray蔡司工業(yè)CT用于檢測<b class='flag-5'>增</b><b class='flag-5'>材</b><b class='flag-5'>制造</b>醫(yī)療植入物

    新一代IO模塊:制造的智能引擎

    在快速發(fā)展的制造(Additive Manufacturing,簡稱AM)領(lǐng)域,IO模塊正以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為推動技術(shù)革新和效率提升的重要力量。
    的頭像 發(fā)表于 09-14 16:10 ?517次閱讀
    新一代IO模塊:<b class='flag-5'>增</b><b class='flag-5'>材</b><b class='flag-5'>制造</b>的智能引擎

    安寶特產(chǎn)品 安寶特3D Evolution:制造零件查找器

    安寶特3D Evolution 的Partfinder 管理器,可以自動識別3D打印部件,針對不同的 3D 打印流程和機(jī)器類型進(jìn)行分析、分類和格式轉(zhuǎn)換。與此同時,Partfinder 管理器具有的批量處理模式,能夠有效應(yīng)對大型數(shù)據(jù)庫的分類需求,以用于
    的頭像 發(fā)表于 08-07 13:24 ?539次閱讀
    安寶特產(chǎn)品  安寶特3D Evolution:<b class='flag-5'>增</b><b class='flag-5'>材</b><b class='flag-5'>制造</b>零件查找器

    芯科技12英寸晶圓制造項目投產(chǎn)啟動,內(nèi)含國內(nèi)首條12英寸MEMS智能傳感器晶圓生產(chǎn)線

    舉辦“12英寸MEMS智能傳感器技術(shù)交流會暨芯投產(chǎn)活動”,相關(guān)政府領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)內(nèi)專家學(xué)者和企業(yè)家等百余位嘉賓出席活動。 “芯科技12英寸晶圓制造
    發(fā)表于 07-02 14:28 ?1347次閱讀

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