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厄本那香檳分校的學生工程設(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。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)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。