工程機(jī)械制造行業(yè)早在90年代就已開始應(yīng)用3D打印技術(shù)，經(jīng)過多年的探索，卡特彼勒、博世力士樂等工程機(jī)械行業(yè)巨頭都在積極地運(yùn)用這一技術(shù)提升效率、降低成本以及打造核心競(jìng)爭(zhēng)力。經(jīng)過多年的探索，3D打印的定制化工裝夾具、產(chǎn)品原型以及零件鑄造中用到的砂模都已在工程機(jī)械領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。
近期，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)展示的世界首臺(tái)3D打印挖掘機(jī)，以及卡特彼勒與3D打印專業(yè)服務(wù)商FIT公司建立的合作關(guān)系，都讓人感受到3D打印技術(shù)又向工程機(jī)械零部件的直接制造和生產(chǎn)領(lǐng)域邁進(jìn)了一步。本期，小編和大家共同來了解一下ORNL 實(shí)驗(yàn)室在工程機(jī)械零部件增材制造方面取得的成果和卡特彼勒在3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的新動(dòng)向。
科研成果和工程機(jī)械巨頭雙雙指向生產(chǎn)領(lǐng)域
由3D打印直接制造的三大部件
美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)與美國(guó)設(shè)備制造協(xié)會(huì)、國(guó)家流體協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)共同開發(fā)了全球首臺(tái)3D打印挖掘機(jī)。這臺(tái)3D打印挖掘機(jī)于3月11日在IFPE展會(huì)中亮相。
ORNL實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)設(shè)備制造協(xié)會(huì)、國(guó)家流體協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)共同開發(fā)了全球首臺(tái)3D打印挖掘機(jī)。
在這臺(tái)挖掘機(jī)中包括了三個(gè)由3D打印設(shè)備直接制造的零部件：駕駛室、動(dòng)臂和熱交換器。
挖掘機(jī)動(dòng)臂長(zhǎng)約2.1米，重量約為181千克，是由ORNL新開發(fā)的大型金屬零件3D打印設(shè)備制造的，打印材料為低成本的金屬，動(dòng)臂在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)為液壓零件預(yù)留好內(nèi)置的通道。
挖掘機(jī)的駕駛室是由美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校的學(xué)生工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的，駕駛室采用了仿生設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)靈感來自于大自然里彎拱的樹枝，駕駛室重量約68千克，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)表示這一駕駛室相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的駕駛室減重25%，同時(shí)強(qiáng)度是可以保證的。駕駛室是由ORNL實(shí)驗(yàn)室的BAAM(大幅面增材制造) 3D打印設(shè)備和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造的。
挖掘機(jī)的3D打印熱交換器重量約5.9千克，打印材料是鋁。
開發(fā)工程機(jī)械金屬3D打印零部件
在首臺(tái)3D打印挖掘機(jī)亮相后不久，工程機(jī)械巨頭卡特彼勒公司宣布其與德國(guó)最大的3D打印服務(wù)商FIT簽訂了三年的合作協(xié)議，雙方將共同開發(fā)工程機(jī)械中的鋁、鈦兩種材料的3D打印零部件。長(zhǎng)期以來，卡特彼勒根據(jù)用戶的需求有針對(duì)性的開發(fā)工程機(jī)械設(shè)備，與FIT在3D打印金屬零部件開發(fā)領(lǐng)域的合作，將加強(qiáng)卡特彼勒在工程機(jī)械設(shè)備定制化開發(fā)方面的實(shí)力。
卡特彼勒增材制造工廠
相比ORNL實(shí)驗(yàn)室在3D打印直接制造工程機(jī)械大型零部件領(lǐng)域的探索性成果，或許卡特彼勒與FIT 合作開發(fā)的3D打印零部件能夠更快的進(jìn)入到工程機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域，3D科學(xué)谷認(rèn)為卡特彼勒和FIT在增材制造技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域積累的大量經(jīng)驗(yàn)為此奠定了基礎(chǔ)。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，卡特彼勒早在1990年就建立了快速原型實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室使用了大量的3D打印設(shè)備來制造推土機(jī)、挖掘機(jī)以及其他設(shè)備的零件原型，并且為生產(chǎn)車間制造工具。后來該實(shí)驗(yàn)室并入卡特彼勒成立的增材制造集團(tuán)，集團(tuán)使用FDM，SLA， SLS等3D打印設(shè)備制造測(cè)量工具、展示模型，組裝夾具，手工具以及其他的功能部件。2016年，卡特彼勒在美國(guó)的研發(fā)中心成立了3D打印與創(chuàng)新加速器，從產(chǎn)品創(chuàng)新、為增材制造而設(shè)計(jì)和鑄造三個(gè)方向推進(jìn)3D打印技術(shù)的應(yīng)用和成果轉(zhuǎn)化。
FIT 工廠內(nèi)部
FIT公司則不僅僅是一家3D打印服務(wù)商，該公司在軟件、設(shè)計(jì)、工藝、材料等方面是全面發(fā)展的，其業(yè)務(wù)主要圍繞著三塊核心領(lǐng)域開展：原型、增材制造設(shè)計(jì)與制造(ADM)以及研發(fā)，研發(fā)板塊主要涉及到系統(tǒng)、工藝以及材料的開發(fā)。不僅如此，F(xiàn)IT的業(yè)務(wù)還包括將自己打造的高度自動(dòng)化的增材制造工廠和經(jīng)驗(yàn)“復(fù)制”給需要將3D打印技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)領(lǐng)域的客戶。FIT的增材制造工廠是高度自動(dòng)化的，包括粉末的上下料裝置，供粉裝置通過工廠上方的管道貫穿起來，工廠通過軟件來處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)流，并記錄工廠里所有的運(yùn)轉(zhuǎn)操作情況，這一系列的管理方式打造了工廠在精益生產(chǎn)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。
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