制造商如何大规模开发复杂的可定制产品，例如在大型曲面玻璃表面上印刷电子产品，使制造商和消费者都能负担得起？剑桥大学制造研究所和跨国玻璃制造商 NSG Pilkington 正在通过合作项目研究后期定制技术。 Sarah Wightman 与研究团队交谈以了解更多信息。定制不再是最富有公司的专属领域。大众市场（包括企业和消费者）的需求是提高产品个性化能力，创新型制造商正在寻求以更低的单位成本提供更大批量定制的方法，以获得竞争优势。弧形玻璃的后期定制可以包括增材电子和传感器。新兴技术，包括先进的喷墨打印，已经通过在制造过程的后期阶段将产品特性添加到订单中来支持“大规模定制”的潜力。制造研究所 (IfM) 的研究人员正在与玻璃制造商 NSG Pilkington 合作，研究喷墨技术如何提供这些功能可以扩大规模以实现制造商和客户都负担得起的定制。 IfM 先进制造流体研究组负责人 Ronan Daly 博士解释说； “我们一直在与 NSG 合作，研究和测试在曲面玻璃表面上大规模打印定制嵌入式电子设备、传感器和其他功能的技术。“这是一个技术上具有挑战性的过程，但可能令人兴奋：而不是将电子设备嵌入到玻璃生产较早，喷墨打印技术的使用将允许后期定制订购。”
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定制曲面玻璃
大型曲面玻璃组件用于许多不同类型的产品。在某些应用中，例如汽车玻璃产品（主要是挡风玻璃、窗户和镜子）——生产涉及一系列多层加工步骤，然后才能将玻璃制成曲面形状。定制为汽车玻璃等产品提供了机会。目前浮法玻璃和高级涂层的制造只有在连续生产的情况下才有效率，如果在生产过程的早期进行定制，可能会使定制变得困难且成本高昂。但是，NSG Pilkington 的研发团队已经确定，喷墨打印可以在生产过程的后期实现定制通过先进的功能配合，可以使用喷墨添加一系列产品功能（包括嵌入式传感器和安全功能）直接沉积到产品表面。“一个特殊的挑战是确定直接在更大曲面上打印的新技术，”Ronan Daly 博士补充说。“实现这一目标的现有技术有局限性：这些包括使用连续喷墨打印 (CIJ)用于在小瓶子等物品上打印条形码和最佳食用日期，但这在可实现的颜色和在较大表面上的精度方面可能会受到限制。“人们对使用按需打印 (DoD) 打印复杂形状的兴趣越来越大，但这将在非平面上工作时在精度和可预测的墨滴位置方面面临严峻挑战。”在大型或复杂表面上打印的其他技术问题之一是打印头本身需要在产品上移动.这不同于现有的解决方案，其中产品是移动元件，使用自动化来实现简单、更小的弯曲 sIfM 喷墨团队的研究员 Cristina Rodriguez Rivero 博士正在努力应对这些挑战。她的研究重点是液滴和喷射行为、喷墨可视化技术、空气动力学效应以及微观和毫微尺度的复杂流体行为。“为了加深对直接成型打印的理解，”她解释说，“我们正在与 NSG Pilkington 合作绘制需要涂层的详细表面纹理和化学成分。然后，我们可以通过超高速成像检查先进功能材料墨水的表面影响和干燥动力学。“墨滴错位与周围气流之间存在密切联系。我们正在努力更好地理解这一点，以提高将传感器、响应表面和电通路传递到非平坦表面的能力。“为此，我们应用先进的可视化技术来研究液滴商业和内部设备中的 ts 和气流来分析各种打印参数的影响。”“通过开发产品打印的虚拟仿真，我们可以确定影响过程精度的因素，包括角度方法、打印头旋转速度和所需距离。计划进行试点试验以测试不同的产品要求，”Rivero 博士补充说。扩大定制
在实验室中建立新技术是一回事，而将它们扩大到制造环境和生产环境则完全是另一回事用于更高的批量生产。在实验室开发的技术需要在生产环境中进行测试，然后再次在实验室中进一步完善。NSG Pilkington 和 IfM 之间的合作使得必要的早期研究能够指导喷墨打印技术的长期发展，从而创造积极的高级曲面玻璃产品上的设备和导电轨道。“我们专注于由于需要了解扩大规模的挑战，因此我们与包括 NSG Pilkington 在内的制造商的合作提供了一种在生产环境中测试和分析基于实验室的结果的方法，”Daly 博士解释说。“诸如气流对需要在实验室和工厂中了解喷墨精度，以开发既尖端又稳健的技术。我们预计，在工厂环境中使用先进喷墨打印建立和完善可靠的生产技术，将使制造商能够以可承受的价格进行更大批量的定制。”玻璃上的电子产品。这在包括汽车、太阳能和显示技术在内的一系列领域具有潜在的有价值的应用。博士研究员 James Macdonald 一直致力于激光诱导反向传输 (LIRT) 用于此目的——一种直接写入方法，用于在玻璃上生成图案化沉积物，包括导电轨道。该过程涉及将激光穿过透明层（玻璃）到达目标材料层（如金属），该材料层被汽化通过激光。这会喷射出目标材料的羽流，并将其转移到玻璃的底部。数字制造技术的使用允许以低输入资源要求进行可定制的、具有成本效益的制造。将金属薄层沉积到玻璃上的传统技术包括掩模制造，但这种方法的成本限制要求使用每个掩模生产大量单元，掩模昂贵且更换缓慢。相比之下，LIRT 可以使数字图案更快速、更容易地改变，允许以较低的单位体积进行更多的变化或定制，而无需高昂的成本。这个由制造研究所领导的项目得到了支持由 NSG Pilkington、EPSRC 和 Worshipful Company of Engineers 联合开发。制造研究所的先进制造流体研究小组解决了复杂的流体流动和功能材料挑战，并提供科学知识以实现实际制造的规模化。对于更多信息，请访问：www.ifm.eng.cam.ac.uk/research/fiam/
培育创新
NSG Pilkington 在其位于兰开夏郡莱瑟姆的欧洲技术中心设有专门的研发设施，技术人员可以自由地测试新想法并展望下一个将塑造玻璃未来的大趋势。该设施被称为 Pilkington 创新孵化器，是 NSG Pilkington 的员工可以与任何合作伙伴合作的基地 - 从新技术初创企业、其他行业的大型企业、大学——追求技术突破。感谢莱瑟姆的创新孵化器。“孵化器旨在进一步展望未来，了解公司在技术方面的中长期需求，以及这些需求如何产生新的增值产品将我们带入新市场，”他说。“这是在问‘未来的机会在哪里？’显然，它们往往不在我们正常的玻璃世界范围内，这就是我们与初创企业和其他公司建立联系的原因包括剑桥在内的公司和大学可以找到我们应该考虑的那些早期创新。“我们与剑桥大学制造研究所 Ronan Daly 中心的合作直接帮助我们探索了喷墨技术的前沿应用。”一旦我们通过孵化器建立了一个项目，我们将在短期内开展工作，我们将在邀请商业同事审查之前运行该项目三个月.如果商业团队认为即将推出一种新的、可行的产品，我们会将其从孵化器转移到我们正常、严格的产品开发流程中。然后我们用其他新东西填充孵化器的漏斗口，然后继续。”
