3D打印連接器正在興起

從電動(dòng)汽車到無人機(jī)，再到自主機(jī)器人等，電氣化正催生出對(duì)能夠快速、經(jīng)濟(jì)地小批量生產(chǎn)的連接器的需求。為了滿足這一需求，供應(yīng)商正在積極利用3D打印技術(shù)來生產(chǎn)連接器。

傳統(tǒng)上，制造連接器通常涉及注塑成型技術(shù)，這需要制造昂貴的鋼模具或工具，既耗時(shí)又成本高昂。然而，當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到大量零件時(shí)，這種方法的成本效益才變得顯著。但對(duì)于小批量生產(chǎn)而言，這種成本就變得令人望而卻步。

在如今快速變化的市場(chǎng)環(huán)境中，設(shè)計(jì)經(jīng)常需要修改和更新。因此，在對(duì)零件進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)之前，進(jìn)行小規(guī)模的試運(yùn)行以進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整變得至關(guān)重要。

幸運(yùn)的是，3D打印能力正在不斷擴(kuò)展。目前，已經(jīng)有一些可投入生產(chǎn)的連接器開始限量供應(yīng)，這預(yù)示著距離全面生產(chǎn)可能并不遙遠(yuǎn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，我們有理由相信，3D打印連接器將在未來發(fā)揮更大的作用，滿足電氣化領(lǐng)域?qū)B接器小批量生產(chǎn)的需求。

定制和原型設(shè)計(jì)

3D 打印技術(shù)通常被納入連接器制造商的原型設(shè)計(jì)流程中，其顯著優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)⒃究赡苄枰?0周或更長(zhǎng)時(shí)間（這通常涉及鋼模的制造）的周轉(zhuǎn)時(shí)間大幅縮短至僅4周，有時(shí)甚至更短。這種效率的提升使得制造商能夠更快速地響應(yīng)市場(chǎng)需求，加速產(chǎn)品的迭代和優(yōu)化。

3D 打印技術(shù)在生產(chǎn)絕緣體、固定導(dǎo)體的塑料和橡膠件方面展現(xiàn)出巨大的潛在價(jià)值。一些客戶對(duì)于導(dǎo)體的配置有著特殊的需求，例如需要20個(gè)小信號(hào)導(dǎo)體和4個(gè)大功率導(dǎo)體?；蛘咚麄兛赡芟Ｍ麑⑦B接器放置在電路板上時(shí)，信號(hào)導(dǎo)體能夠遠(yuǎn)離電源導(dǎo)體，以避免信號(hào)干擾。

傳統(tǒng)上，航空航天連接器的絕緣體制造過程涉及使用非常昂貴的硬模具，這不僅成本高昂，而且制造周期可能長(zhǎng)達(dá)一年，包括模具制造、鑒定以及新產(chǎn)品的生產(chǎn)。然而，如果我們能夠成功開發(fā)3D打印版本，那么將能夠在短短兩到四個(gè)星期內(nèi)生產(chǎn)出具備電氣功能的部件。這將極大地提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，并加速航空航天領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新。

“通往量產(chǎn)的橋梁”

當(dāng)我們?cè)儐栠B接器客戶他們計(jì)劃如何使用 3D 打印連接器時(shí)，他們普遍表示是為了滿足第一個(gè)樣件生產(chǎn)或緊急支持的需求，而非大批量生產(chǎn)。

舉個(gè)例子，某個(gè)客戶可能正在為某汽車廠家設(shè)計(jì)一款地面車輛，該車輛計(jì)劃用于展覽展示，但必須在極短的時(shí)間內(nèi)完成。在這種情況下，3D 打印技術(shù)就發(fā)揮了關(guān)鍵作用，能夠迅速生產(chǎn)出所需的連接器樣件，以滿足緊迫的時(shí)間要求。

另一種常見的用途是進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試。例如，客戶正在構(gòu)建第一個(gè)樣品電纜，并需要進(jìn)行電氣測(cè)試以驗(yàn)證其工作原理。這些通過3D打印生產(chǎn)的連接器在電氣性能方面表現(xiàn)出色，與同類產(chǎn)品一樣具有相同的額定電壓。

然而，需要注意的是，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境可能存在差異。在測(cè)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)溫度是一個(gè)限制因素。連接器通常需要承受高達(dá)200°C的溫度，但在3D打印連接器的測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)125°C幾乎是出現(xiàn)問題之前的極限。盡管有更高溫度的材料可供選擇，但這可能意味著犧牲一些細(xì)節(jié)或強(qiáng)度。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中必須做出最佳的權(quán)衡。

雖然3D打印還不能稱之為一個(gè)成熟的產(chǎn)品，但它可以被視為從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)之間的一座橋梁。這是一個(gè)功能完備的連接器，但在使用時(shí)需要注意一些限制條件，如溫度等。

盡管3D打印技術(shù)能夠提供非常高的精度，但在生產(chǎn)過程中仍然可能出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。例如，表面上可能會(huì)出現(xiàn)劃痕或孔隙，對(duì)于較大的零件，有時(shí)可能會(huì)遇到一些公差問題。為了解決這個(gè)問題，我們開發(fā)了目視檢查工具，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，在制造這些零件時(shí)能夠立即確定是否保留該零件或進(jìn)行替換。這有助于確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

3D 打印設(shè)計(jì)

雖然可以 3D 打印專為注塑成型而設(shè)計(jì)的連接器模型，但最好是專門針對(duì) 3D 打印進(jìn)行設(shè)計(jì)。

一粒小沙子或很小的粉末可能會(huì)進(jìn)入空腔，我們必須將其清除，否則這會(huì)增加后處理時(shí)間。然而，如果從一開始就為增材制造進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用可用的工具和我們的指南來制作角度和空腔，以便在打印時(shí)粉末或液體流出，那么在打印時(shí)需要清潔的東西就會(huì)少很多。

可持續(xù)發(fā)展

許多生物基樹脂和粉末的問世有助于 3D 打印的可持續(xù)性。系統(tǒng)現(xiàn)在可以捕獲零件制造后剩余的任何額外粉末。這些粉末可以返回料斗以用于下一批。

通過注射成型，一旦將顆粒熔化并將其注射到模具中，我們就不能將其磨碎并像以前一樣重復(fù)使用；這時(shí)候不得不將其與原始樹脂混合，最終只有10-20%可以被回收，

3D 打印連接器的未來

連接器3D打印技術(shù)已經(jīng)逐漸從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到車間。有幾個(gè)關(guān)鍵因素，包括批量大小和零件尺寸，決定了這項(xiàng)技術(shù)是否適合大規(guī)模生產(chǎn)。

我們目前正在步入工業(yè)規(guī)模3D打印的新階段。雖然目前這種情況尚未普及，但應(yīng)用比例每年都在增加。上市時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵的推動(dòng)因素?？蛻粢庾R(shí)到，通過選擇3D打印技術(shù)，他們可以更快地完成任務(wù)，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。此外，生成式人工智能正在協(xié)助工程師設(shè)計(jì)出只能通過3D打印實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

生產(chǎn)時(shí)間—3D 打印連接器可能需要 4 周（或更短），而注塑成型則需要數(shù)月（甚至一年）。

標(biāo)準(zhǔn)化—3D 打印非常適合小批量生產(chǎn)的任何類型的定制連接器，用于原型設(shè)計(jì)、測(cè)試，在某些情況下還適用于最終產(chǎn)品。隨著質(zhì)量的提高，3D 打印越來越接近生產(chǎn)符合軍事和其他標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)質(zhì)量連接器。

材料規(guī)格—3D 打印連接器通常由聚合物制成。有些金屬也可以進(jìn)行 3D 打印。聚合物必須具有電絕緣性、尺寸穩(wěn)定且能夠承受高溫。

工藝—SLA（立體光刻）和 DLP（數(shù)字光處理）是兩種常用于生產(chǎn)連接器的 3D 打印工藝。