工程機械制造行業(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械行業(yè)巨頭都在積極地運用這一技術(shù)提升效率、降低成本以及打造核心競爭力。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械領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。
近期，美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)展示的世界首臺3D打印挖掘機，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)又向工程機械零部件的直接制造和生產(chǎn)領(lǐng)域邁進了一步。本期，小編和大家共同來了解一下ORNL 實驗室在工程機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)域的新動向。
科研成果和工程機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
美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)與美國設(shè)備制造協(xié)會、國家流體協(xié)會等機構(gòu)共同開發(fā)了全球首臺3D打印挖掘機。這臺3D打印挖掘機于3月11日在IFPE展會中亮相。
在這臺挖掘機中包括了三個由3D打印設(shè)備直接制造的零部件：駕駛室、動臂和熱交換器。
挖掘機動臂長約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，動臂在設(shè)計時已經(jīng)為液壓零件預(yù)留好內(nèi)置的通道。
挖掘機的駕駛室是由美國伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校的學(xué)生工程設(shè)計團隊設(shè)計的，駕駛室采用了仿生設(shè)計，設(shè)計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)計團隊表示這一駕駛室相比傳統(tǒng)設(shè)計方案的駕駛室減重25%，同時強度是可以保證的。駕駛室是由ORNL實驗室的BAAM(大幅面增材制造) 3D打印設(shè)備和碳纖維增強復(fù)合材料制造的。
挖掘機的3D打印熱交換器重量約5.9千克，打印材料是鋁。
開發(fā)工程機械金屬3D打印零部件
在首臺3D打印挖掘機亮相后不久，工程機械巨頭卡特彼勒公司宣布其與德國最大的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)工程機械中的鋁、鈦兩種材料的3D打印零部件。長期以來，卡特彼勒根據(jù)用戶的需求有針對性的開發(fā)工程機械設(shè)備，與FIT在3D打印金屬零部件開發(fā)領(lǐng)域的合作，將加強卡特彼勒在工程機械設(shè)備定制化開發(fā)方面的實力。
卡特彼勒增材制造工廠
相比ORNL實驗室在3D打印直接制造工程機械大型零部件領(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入到工程機械生產(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)驗為此奠定了基礎(chǔ)。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，卡特彼勒早在1990年就建立了快速原型實驗室，該實驗室使用了大量的3D打印設(shè)備來制造推土機、挖掘機以及其他設(shè)備的零件原型，并且為生產(chǎn)車間制造工具。后來該實驗室并入卡特彼勒成立的增材制造集團，集團使用FDM，SLA， SLS等3D打印設(shè)備制造測量工具、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)計和鑄造三個方向推進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、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化的增材制造工廠和經(jīng)驗“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)域的競爭力。
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