日期： 2024-08-04 类型：行业应用
在看到本文标题后，很多人可能已经在好奇“NED”究竟是什么了。接下来，我会向大家介绍乐高集团的NED。
Bricks LA是一次全球范围内的小型会议，被广泛认为是成人乐高爱好者网络活动的一部分。在八年的时间里，他们举办了八次精彩的大会。
2022年的大会为我们揭开了乐高集团一些罕见的“幕后故事”，其中包括乐高工程师关于NED的精彩演示。
这次演示是由Tore Christensen和Andreas Malling Jensen通过视频会议形式呈现的。他们向我们展示了他们的日常工作和一些示范项目，这些工作与全球不同塑料公司的工程团队颇为相似。
在我们参加的会议上，我们了解到乐高的NED团队共有26名工程师。目前尚不清楚这些工程师是否全部专注于零件设计。
个人推测，鉴于此次演示会议是在2022年初举行的，现在该团队的规模可能已有所增加。
该工程团队的主要职责之一是开发外部零件，即由外部合作伙伴和供应商制造的零件（例如基础底板、带有颗粒状外观的电子产品等）。
另一支团队则致力于内部零件的开发，这些零件是乐高集团内部采用注塑工艺生产的。
需要指出的是，NED团队并不直接负责零件的设计。只有在设计团队与工程团队合作开发出某个零件之后，NED团队才会介入。
他们的任务涵盖了许多方面，包括检查零件设计以确保其可通过注塑工艺制造、确定注塑口的最佳位置、验证模具的脱模角度、检查脱模后零件表面的完美度，以及确保所有工作符合系统规格要求。
为了更加形象地展示他们的工作流程，Tore Christensen在演讲中拿出了一个现有的乐高零件——73540型号的8x8x1坡道底座。
他指出，这个零件的一个主要问题是，其下方的颗粒连接处在受到压力时容易开裂。
NED团队经过快速评估，发现需要在这些颗粒下方增加肋骨结构来加固薄弱区域。Tore随即在CAD设计软件中展示了该零件的3D图纸。
我们看到，他们使用的是Siemens NX软件，这是一款在需要A级表面光洁度的产品设计中常用的建模软件。
Tore展示了当前问题零件版本与经过调整后版本之间的对比，并在幻灯片中用绿色标注了这些调整过的部分。
可以看到，在左侧经过修改的版本中，绿色部分增加了加固用的肋条，把外壁与每个螺柱管相连，用极简的结构加强了该部位。
另外，有一点非常有趣：在上面的图片中，我用红色文本标记了注塑口的位置。在中间螺柱管的中心，你可以看到一个小圆盘形状的凸起。
实际上，这表示模具的注塑口位于该形状的另一面，在我们看到的这个位置，模具中是一个下凹的圆盘。
这种形状实际上在注塑过程中起到了挡板的作用，帮助熔融塑料在注塑点垂直方向上更均匀、全方位地流动。
如果这听起来有些难以理解，你可以尝试一个小实验：打开厨房水龙头，让水缓缓流出，然后将勺子的凹面放在水流下方（记得握住勺子），观察水流的分布。这个过程可能会让你弄湿，但它能帮助你更好地理解圆盘形状的作用。
在上面的图片中，我还注意到了底部螺柱管内侧的凸起平面。这就是所谓的咬合力的秘密所在！当与另一个零件结合时，这些略微平坦的侧壁增加了摩擦力。
这在专业术语中被称为过盈配合，通俗地说，就是紧密配合。你可以在零件底部看到这个巧妙的设计。
接下来，Andreas向我们展示了一个示例项目，即71029 乐高人仔抽抽乐第二十一季中的养蜂人帽子零件，以此来说明一个全新设计的零件在注塑生产前，必须经过NED团队的哪些工作流程。
在这个流程中，Andreas首先从设计团队那里接收到零件的图纸，这时零件的外形已经按照设计师的构想雕刻完成，但还没有准备好进入正式生产阶段。
第一步是在CAD软件中打开零件图纸，决定零件在注塑模具中的放置方式。换言之，他们必须确定零件的注塑分模线的位置，分模线是两半注塑模具分开以释放零件的地方。上面的图片展示了设计师们想要得到的零件模型。
这里用黄色突出显示了帽子的轮廓线条图。CAD建模软件可以将复杂形状的零件细分成更小的表面，便于处理。
在这个例子中，他们选择了将零件从左到右垂直分割。值得一提的是，这是一个双色注塑零件，在塑料行业中通常称为2K或2-shot。虽然AFOL社群更习惯于称之为“双色注塑零件”，但乐高工程师实际上使用的是“2K”这一术语。
对分模线的初步评估显示，从粉色一半到紫色一半的注塑过程并不顺利。图中的粉色和紫色代表两半不同的模具内腔。因此，在目前的设计下，这个零件是无法制造的。
我们可以在粉域内看到紫域的影响。如果按照原设计进行注塑，完成后的零件在被顶出模具的过程中，分模线上的毛刺可能会导致零件卡在模具里，或者在顶出时损坏。
因此，必须重新设计零件的外形，使其拥有清晰的分模线且没有毛边，正如上面这张图片中我们所看到的那样。
此图还展示了两个单独组装在一起的部件，左侧是养蜂人帽子的透明棕色遮阳板，而右侧是带有白色边框的完整帽子。
在最后一个步骤中，Andreas向我们展示了模具的注塑填充过程模拟。这个过程中，软件使用CAD模型来测试注塑口的位置，处理各种参数和数据，进而模拟模具如何被熔融塑料填充。
这种类型的分析技术已经应用了很长时间，并且在正确执行时，其准确度非常高。市面上有许多不同品牌的软件都提供此功能。
在这个例子中，我们看到乐高团队采用了Moldex3D软件，而我的团队则使用Autodesk Moldflow。
上图展示了注塑模拟完成后的帽子零件内遮阳板部分。图中用红色锥体标示了注塑口的位置。
在这个例子中，彩色部分显示了区域完成注塑的时间，蓝域表示填充过程中最后流动的区域，因为它距离注塑口最远。
有一个有趣的事实是：熔融塑料在模具内距离注塑口最远的地方相遇形成的地方称为熔合线。在某些较深颜色的塑料中，即便表面看起来完全光滑，熔合线上也可能出现类似划痕或波纹的融合痕迹。
每个零件的熔合线都会留下类似的印记，具体情况取决于零件在更大模具中的注塑位置。通常，熔合线是零件最容易损毁或裂开的地方。
在珍珠金和珍珠银色的注塑零件上，你可能还会看到所谓的流线，这是因为这些零件使用了细腻的闪光添加剂，在成型的零件上，熔融塑料流动时会留下明显的线条。这就是他们必须通过新技术来解决的挑战之一。
最后，Andreas向我们展示了这个零件的另一个模拟项目，讲解了他们必须面对的空气气泡测试问题。
你可以看到，帽檐处的设计也有所变化。在注塑过程中避免空气被困在模具中至关重要，否则将导致零件缺陷。
在最坏的情况下，这还可能对注塑模具本身造成损害，而模具的维修费用非常昂贵。
通常，简单调整注塑口的位置就可以轻松解决这些问题。如果这种方法不奏效，还有其他许多解决方案，比如调整零件的壁厚、流道等。
遗憾的是，尽管我们可能愿意花整天的时间去了解乐高集团在塑料模具填充模拟方面的工作，NED团队的演示在这里就告一段落了。能从像乐高这样的大公司获取如此详尽的内部团队幕后工作内容实属罕见，因此我非常高兴他们能够分享他们的工作。
实际上，在将乐高零件从设计阶段引入到制造过程的最后阶段，还有许多细节未曾提及。Andreas简要地介绍了CAE部门（计算机辅助工程）处理的一些工作内容，这可能包括确定精确的零件成型程序、生产周期时间、多色注塑模具腔的设计等。
对于我个人来说，我一直对复杂的制造业充满了热爱，发现其中的乐趣真是一种享受。
这也展示了乐高团队的工作远不止于套装和模型的设计。在两块积木被组装在一起之前，需要经历一系列令人难以置信的工程流程。本次演示向我们展示了他们是如何协作、适应这个流程的。
我希望我对这个主题的热情在这篇文章中得以体现，并且你能从中获得乐趣并学到新知。
