利用 SolidWorks 对连续式碳纤维 3D 打印技术进行创新设计

所面临的挑战

Markforged 这家 3D 打印机制造公司的创立和发展是源自于一项突破性连续式碳纤维 3D 打印技术的成功发明和创新，该技术能够以小批量快速加工出比金属零件更坚固、更经济且具有生产级品质的高强度零件。

实施后的效果

发明了连续式碳纤维 3D 打印技术；

将硬件开发时间缩短至不足六个月；

将 3D 打印精度提高至 50 微米以内；

前四年实现了爆炸式增长。

三维设计 SolidWorks 3D CAD

SolidWorks 3D CAD 软件除了设计、模拟、成本估算、可制造性检查、CAM、可持续设计和数据管理等多种功能以外，还包含适用于钣金，焊件，曲面，模具，产品配置，DFM和CAM的专业工具，同时拥有ECAD/MCAD协作，复杂的零部件库以及高级真实感渲染。还具有结构和运动分析功能，高级曲面平展，逆向工程以及电缆和管道布线功能。

Markforged 的创始人兼首席执行官 Greg Mark 是在需求的激励下，发明出的世界首款连续碳纤维 3D 打印机。为赛车生产碳纤维翼板的工作经历促进他寻求更好的方法来生产碳纤维复合件。再加上工程师需要迅速得到高强度零件，这种必要的需求让 Mark 萌生了将碳纤维生产与 3D 打印技术相结合的想法，而 Markforged 也就应运而生。

这款打印机能够生产出强度与金属相当并可最终使用的生产级零件，并以此打破了 3D 打印行业的现状。其他 3D 打印机只能加工出强度较弱且主要用于制作原型的设计复制品，而 Markforged 打印机则能够以更经济的价格，低批量加工出强度和金属相当的精密零件。

为了快速开发突破性技术、高效地设计新产品以及促进公司的成功发展，Markforged 需要一个可靠的 3D 开发平台。该公司选择了 SOLIDWORKS，并购入 SOLIDWORKS 设计以及 SOLIDWORKS Premium 设计和分析软件，最近又实施了 SOLIDWORKS PDM 产品数据管理 (PDM) 系统。

“选购 SOLIDWORKS 是件顺理成章的事情，”Mark 强调道，“我们选择 SOLIDWORKS 的原因在于我们相信它能够带来最大投资回报。我们已利用 SOLIDWORKS 实现了省时省钱效果，并提高了产品上市速度。由于这款软件简单易用而且很多大学都设有这门课题，因此我们很容易补充工程师，并能够让新工程师快速上手为公司做出贡献。”

“SOLIDWORKS 是一款非常棒的 CAD 软件包，因为它有效提高了我们的速度，”Mark 补充道，“在这个瞬息万变的世界里，我们要在竞争中保持领先地位，必须要更加的灵活机动。SOLIDWORKS 是我们的重要差异优势，因为该软件让我们能够保持敏捷的速度，而这在我们公司成长过程中，对于我们取得成功至关重要。”

提高自动式打印机的开发速度

利用 SOLIDWORKS，Markforged 将新产品开发周期缩短至六个月以内，速度远远超过大多数技术硬件的开发周期（通常为一年或一年半）。“在我们所处的市场，速度以及高效地拿出合理的设计代表着一切，”Mark 解释道，“它不仅涉及到快速设计，还涉及到以避免浪费时间或烧钱的方式制作原型、优化设计以及调整设计。SOLIDWORKS 为我们带来了难以置信的速度以及易于执行更改的稳定开发平台。简而言之，SOLIDWORKS 帮助我们以更少的时间实现了最佳设计。”

“SOLIDWORKS 支持我们的迭代工作流程，”高级机械工程师 Bennett Wilson 指出，“我们要处理大量的发明创造和原型制作工作，经常一个零件在一天就能迭代五次之多。SOLIDWORKS 与我们的方法完美契合。事实上，我们会在 3D 打印机上打印我们使用 SOLIDWORKS 设计的零件，以便用于其他 3D 打印机，这种情况就是 3D 打印机为自己打印零件。”

利用仿真省时省钱、提高性能

除了用到 SolidWORKS 3D 设计功能外，Markforged 还充分运用了 SOLIDWORKS Premium 软件中的仿真工具，这些工具不仅用于验证设计，还用于优化设计性能。举例来说，Mark X 是该公司推出的一款型号最大也是最先进的 3D 打印机，精度可达到 50 微米或更佳。在该打印机的开发过程中，工程师需要将其打印平台的尺寸增加一倍，还要在减轻重量的同时保持其强度和避免位移。

“Mark X 的打印平台是我们之前设计的两倍之多，但该平台要求的刚性更高，负载时的挠曲量低于 3 微米，”Wilson 回忆道，“我们在 SOLIDWORKS Premium 中对采用了不同开槽方案的设计执行了位移分析，以便减轻重量，直至找到刚度与重量的最佳组合。我们只用了数分钟（而非几个小时）时间就得到了这种最佳组合，并生产出了尺寸和刚度分别是之前版本的两倍但重量几乎与之相当的打印平台。

运用 PDM 逐步提高开发速度

Markforged 于 2016 年实施了 SOLIDWORKS PDM 系统，以在公司的爆炸式增长中，支持、管理并保持迅捷的开发步伐。随着公司发展以及工程师团队的壮大，SOLIDWORKS PDM 软件为该公司提供了所需的修订控制、工作流程规范化以及数据管理工具，从而支持规模更大、更具协作性的开发方法。“对于我们来说，SOLIDWORKS PDM 是一款价值不可估量的工具，”Wilson 说道，“随着产品数量和工程师人数的持续增长，很容易出现有人使用错误版本的情况。SOLIDWORKS PDM 可确保我们始终在正确的版本上工作，并可让我们更频繁、更高效地协作。”

Markforged 的创新循环仍在高速运转。Markforged 即将推出用于金属零件 3D 打印的 Metal X 打印机，该公司又一次通过快速的硬件开发周期，为众多客户带来一种全新的生产工艺和打印机设计。