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【業(yè)界】工程機(jī)械制造的新方法

工程機(jī)械制造的新方法

3D打印(3DP)即快速成型技術(shù)的一種,它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程和施工(AEC)、汽車,航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。


3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點是無需機(jī)械加工或任何模具,就能直接從計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體,從而極大地提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。而如果這一技術(shù)能夠在工程機(jī)械領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,意味著傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工線將成為歷史。而當(dāng)大型制造商人工密集型或機(jī)器密集型的生產(chǎn)方式喪失競爭優(yōu)勢時,就會有更多的中小企業(yè)有機(jī)會參與到市場競爭中來。

當(dāng)然,依靠3D打印技術(shù)進(jìn)行整機(jī)生產(chǎn),從目前來看可能還是相當(dāng)遙遠(yuǎn)的事,但是不可否認(rèn)的是,3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣,會在未來逐步影響工程機(jī)械行業(yè)的格局。3D打印技術(shù)或許將改變工程機(jī)械零配件供應(yīng)的形式,從而削弱地域的壟斷。

通過對裝載機(jī)用戶的調(diào)查發(fā)現(xiàn),用戶在購買機(jī)器的時候,除了機(jī)器本身,更關(guān)心的是配件問題。如果某一企業(yè)并不能為當(dāng)?shù)靥峁┘皶r的配件服務(wù),那么這將導(dǎo)致用戶流失。如果當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商擁有了3D打印設(shè)備,廠商只要將配件圖紙傳給經(jīng)銷商,由經(jīng)銷商打印然后為用戶服務(wù),這將大大增加用戶的生產(chǎn)效率和黏性,增強(qiáng)品牌的競爭力度。

3D打印技術(shù)所帶來的定制化趨勢,也將使得中小制造商在競爭中獲益。中小企業(yè)可以通過3D打印技術(shù),對某些零部件進(jìn)行定制化生產(chǎn),依靠滿足客戶個性化的需求來贏得客戶的青睞。例如,目前挖掘機(jī)械駕駛員對挖掘機(jī)的采購所起得影響作用越來越大,因此駕駛舒適性日益成為制造商不可忽視的一個方面。中小型制造商完全可以通過3D打印技術(shù),為挖掘機(jī)用戶量身定做符合他們?nèi)梭w特征的座椅,從而吸引用戶的購買。

雖然3D打印在工程機(jī)械領(lǐng)域還沒有進(jìn)入到生產(chǎn)層面的應(yīng)用,然而從卡特彼勒到博世力士樂都在積極地運(yùn)用這一技術(shù)提升效率、降低成本以及打造核心競爭力。


卡特彼勒

工程機(jī)械巨頭卡特彼勒在1990年就建立了快速原型實驗室。該實驗室使用了大量的增材制造技術(shù)來生產(chǎn)推土機(jī)、挖掘機(jī)以及其他設(shè)備的零件,而且還為車間的員工制造工具?,F(xiàn)在該實驗室已經(jīng)并入卡特彼勒新成立的增材制造集團(tuán),使用增材制造過程包括FDM,SLA, SLS來生產(chǎn)測量工具、展示模型,組裝夾具,手工具以及其他的功能部件:

測量工具 

卡特彼勒發(fā)現(xiàn)一系列的測量工具的需求是可以通過3D打印塑料來滿足的。例如,公司需要生產(chǎn)測量工具來測量零件的磨損程度,包括挖土斗的“牙齒”磨損情況,通過3D打印的輔助測量工具可以在野外直接測量磨損程度,并且這些塑料3D打印制品的精度和金屬測量工具的精度一樣,這些輔助工具可以一個晚上就生產(chǎn)出來,僅僅耗費(fèi)大約40~50美金的塑料材料,不僅節(jié)約材料而且節(jié)省時間。

生產(chǎn)模型 

卡特彼勒發(fā)現(xiàn)在開發(fā)新產(chǎn)品的時候,3D打印可以加速和優(yōu)化新產(chǎn)品開發(fā)速度和流程。拿履帶式推土機(jī)連接組件來說,通過3D打印ABS聚碳酸酯的輕量化零件使得Caterpillar員工無需等待沉重的鍛造零件就可以開始三坐標(biāo)測量程序。這項調(diào)整為卡特彼勒年節(jié)約16萬美金。

博世力士樂

博世力士樂在德國自1850年就有自己的有色金屬鑄造工廠,隨著組織的重點放在設(shè)計和生產(chǎn)成品上,零件原型和更短的生產(chǎn)期是鑄造廠最主要的發(fā)展方向。

在液壓系統(tǒng)中,為了滿足客戶需要而添加更多的功能,就需要更復(fù)雜的鑄件。博世力士樂對鑄造的靈活性和成本意識提出了更高的要求。而3D砂模打印技術(shù)有助于實現(xiàn)這些更高的要求,3D砂模打印技術(shù)的優(yōu)勢是速度快,不用投資木模和金屬模,自由造型使得砂芯的設(shè)計越復(fù)雜,越適合用3D打印技術(shù)。
液壓系統(tǒng)由于其復(fù)雜的管道設(shè)計在用傳統(tǒng)的金屬切削方法加工的時候受到傳統(tǒng)加工方式的局限性限制。3D打印高度的靈活性恰恰可以解決傳統(tǒng)方式的局限性,帶來更靈活的設(shè)計空間。使用3D打印的方法,可以幾乎不受加工限制,具有高度靈活性,根據(jù)流量的仿真結(jié)果對液壓流體的流動進(jìn)行了內(nèi)部通道設(shè)計的改進(jìn),可以精確的加工復(fù)雜的橫截面幾何輪廓。3D打印加工出來的管件的壓力損失減少到常規(guī)制造的管件的壓力損失的20%。此外,3D打印出來后不需要任何后期處理,表面質(zhì)量足夠好,可以直接與法蘭連接。即使在1400 bar的壓力測試中,3D打印零件無塑性變形、無滲漏現(xiàn)象發(fā)生。

當(dāng)然,3D技術(shù)何時能得到大規(guī)模的應(yīng)用,目前還很難預(yù)測。但是隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,或許工程機(jī)械的3D打印時代真的已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。

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