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(3D 列印如何讓 Friedrich 空調保持領先
▲ Friedrich 重新設計的 Floating Air Pro® 和 Floating Air Premier 無管道解決方案採用 FastPro™，在設計時充分考慮了 HVAC 承包商和安裝商的需求。照片由Friedrich 空調提供。
您也曾在炎炎夏日度過失眠的夜晚嗎？渴望擺脫炎熱的人都知道，空調可以立即、顯著提高生活品質。
空調是設計複雜的機器，需要平衡氣流、熱轉換效率和外形尺寸的最佳化。為了保持競爭力並將業界領先的產品推向市場，Friedrich 空調透過引入內部 3D 列印來提升整個設計流程。他們圍繞著 Formlabs Form 3L 大型樹脂 3D 列印機建立了高科技原型製作設施，並在此過程中創造了更優質的產品，同時培育了創新文化。
140 年的創新
Friedrich 空調自 1883 年開始營業，當時創辦人兼發明家 Ed Friedrich 開始在德州聖安東尼奧設計和製造家居用品。在過去的 140 年裡，Friedrich 已發展成為房間空調機組的頂級品牌，證明了其適應不斷變化的監管環境和市場條件的能力。
如今，Friedrich 的設計和開發中心仍位於聖安東尼奧，擁有最先進的 UL 內部測試實驗室。作為 UL 客戶測試資料計畫和 Intertek Satellite 3 設施的一部分，設計和開發中心是全國僅有的少數經過 UL 認證的私人測試設施之一。
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| ▲ Friedrich 空調擁有悠久的創新和卓越歷史。 | ▲Friedrich 空調的設計和開發中心是全國少數幾家獲得 UL 認證的私人測試設施之一。 |
不再妥協：高速、低成本
在設計和開發中心，機械工程師 Noah Trent 從事冷凍系統開發，並負責處理公司各地對 3D 列印零件的請求。該實驗室是 Friedrich 多個工程團隊的主要製造空間，擁有鈑金製造、彎管、組裝和性能測試流程。在將 Form 3L 引入內部之前，團隊通常會使用簡化的鈑金零件進行原型設計或向外部供應商發送請求。「我們使用鈑金進行簡化設計和基本幾何形狀，並向製造供應商尋求更複雜的項目，」Trent 說。
鈑金製造限制了他們只能在內部迭代最基本的形狀。寄出零件時，他們可以相當快速地從大型3D列印供應商處獲得零件，但價格昂貴。某些產品開發週期需要同一零件多達 10 個原型，成本不斷增加。設計總監 Emma Flores 補充道：「它非常昂貴。我們可以從中國訂購，但可能需要幾個月才能到達那裡。我們無法同時擁有優惠的價格和快速的交貨。」
Friedrich 決心找到一個既快速又便宜的原型設計解決方案。在準備特別複雜的設計衝刺時，團隊開始評估內部引進高品質 3D 列印機的投資報酬率。「我們選擇 Form 3L 是因為它具有 Wash L 和 Cure L，價格合理、尺寸合適、品質高，而且還因為 Formlabs 提供的支持，」Flores 說。
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| ▲ Form 3L 列印機擴展了團隊快速製作大型零件原型的能力。 | ▲ Form Wash L 簡化了大型樹脂列印的端到端工作流程。 |
建造內部積層製造中心
自從將 Form 3L 整合到設計開發中心工作流程中以來，Trent 和 Flores 建立了一個有機系統，以滿足 Friedrich 不同設施和工作組的電氣工程師、工業設計師和機械工程師的內部要求。「每當有人有需要時，他們都會從我們位於聖安東尼奧或墨西哥蒙特雷的地點將其發送給 Noah，他已經成為專家，」Flores 說。
Trent 收到的大部分請求都是塑膠零件的原型，例如風扇、護罩、外殼、按鈕或面板。這些部件的設計可以從一個設計迭代到下一個設計迭代進行改進，以不斷改進配合、感覺和功能。除了對原型塑膠零件的要求外，該團隊還處理一些對製造輔助工具的要求，例如最終將在生產線上使用的探頭外殼原型。
「每個人同時從事三到四個不同的專案。有一段時間，我們讓列印機幾乎每天 24 小時運行，持續了一個月。它一直在使用。你更有可能走進去看到它正在運行，而不是沒有，」Trent說。
▲ 探頭外殼以高強度 10K 樹脂列印在 Form 3L 上，經過原型設計用於生產線上的內部流程。
3D 列印的效能、可製造性和可維護性
設計空調時需要考慮許多因素以確保性能。幾個非常重要的考慮因素之一是氣流。「我們的設計首先是為了性能。空調設計中最重要的事情之一是有足夠的空氣流通。我們花了相當多的時間來創建可以改善氣流的幾何形狀，」Trent 說。Form 3L 的大成型體積和低應力雷射光固化 (LFS) 列印過程製造的光滑表面使他們能夠按照嚴格的規格測試全尺寸原型，以實現最大冷卻效率。
儘管 3D 列印可以為這些幾何形狀開闢新的可能性，但這並不是故事的全部。由於這些零件最終將採用射出成型，因此組件的設計也需要考慮到可製造性。「我們必須設計 3D 列印原型，然後透過射出成型進行大批量製造。我們使 3D 列印零件盡可能接近最終的注塑材料。然後我們測試它們。有時是在風洞中，有時是為了合身，有時是為了強度，」Trent 說。Friedrich 團隊使用通用樹脂來實現光滑的表面光潔度和高尺寸精度，並使用高韌性 2000 樹脂來實現強度和耐用性。
除了最佳性能和可製造性之外，團隊還需要確保這些裝置易於維護，無論是業主還是 HVAC 技術人員。「這些都是高品質的單元，並且經久耐用。它們需要易於組裝和拆卸，並具有維護通道，」Flores 說。
迭代循環
在設計時考慮到性能、可製造性和可維護性，使得每一次改進（無論多麼小）都很重要。為了進行微小的調整，Trent、Flores 和團隊依靠 Form 3L 的精確度和速度。他們經常會收到對單個組件的請求，該組件的設計有四到五個略有不同的變體。透過利用 Form 3L 的大成型體積，他們可以一次列印每個迭代，並為第二天的比較測試做好準備。使用一台機器，團隊可以將迭代能力提高四倍，並找到性能最佳、最容易射出成型並且可以在現場維護的設計。
「這台 3D 列印機允許你進入循環……如果我有一個想法並且我想看到它，我可以在發送之前多次測試它。它對於製造高品質的產品非常有價值。在之前，我們可能做了一兩次迭代，現在總是至少有三到四次。最後兩次可能會發生神奇的事情。」－Noah Trent，機械工程師
鼓勵創新文化
擁有一台能夠製作功能原型的內部列印機讓其他團隊更有勇氣嘗試新事物。在 3D 列印室之外，甚至在其他地點，工程師在收到 Trent 和 Flores 的零件後看到了更多的可能性。「在我們擁有 Form 3L 之前，有些工程師不會考慮製作他們想法的原型，但現在他們有了這個工具，他們會想，『好吧，也許我們可以測試一下』，然後他們想出了一種看待事物的新方式，」Flores說。
嘗試新事物過去需要大量的文書工作——提出請求，然後在創建請購單之前進行合理化和批准。等待外部供應商提供的零件可能需要數週時間，而延長的時間會扼殺創造力。在看到來自內部 Form 3L 的始終如一的高性能零件後，電氣工程師、設計師甚至實習生都在突破性能極限，人們感到興奮不已。「過去我們只向外包 3D 列印機發送我真正需要的東西，但現在我們有更多的研發空間。團隊對創造和創新持開放態度，」Flores說。
正如Friedrich所表明的，開發行業領先的產品需要奉獻精神。Form 3L 可以幫助設計師和工程師利用豐富的材料庫來提高各種組件的迭代速度。除了原型製作之外，3D 列印還為製造輔助設備的客製化提供了低成本解決方案，例如 Friedrich 的探針外殼。欲了解有關 3L 列印機的更多資訊，請聯繫台灣天馬科技，由專人為您服務。