ORNL實(shí)驗室和卡特彼勒雙雙指向3D打印零部件生產(chǎn)領(lǐng)域

　　工程機械制造行業(yè)早在90年代就已開(kāi)始應用3D打印技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的探索，卡特彼勒、博世力士樂(lè )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(guò)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(shù)嶺國家實(shí)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(zhuān)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(jìn)了一步。本期，小編和大家共同來(lái)了解一下ORNL 實(shí)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打印應用領(lǐng)域的新動(dòng)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(shù)嶺國家實(shí)驗室(ORNL)與美國設備制造協(xié)會(huì )、國家流體協(xié)會(huì )等機構共同開(kāi)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(huì )中亮相。

　　在這臺挖掘機中包括了三個(gè)由3D打印設備直接制造的零部件：駕駛室、動(dòng)臂和熱交換器。

　　挖掘機動(dòng)臂長(cháng)約2.1米，重量約為181千克，是由ORNL新開(kāi)發(fā)的大型金屬零件3D打印設備制造的，打印材料為低成本的金屬，動(dòng)臂在設計時(shí)已經(jīng)為液壓零件預留好內置的通道。

　　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)生工程設計團隊設計的，駕駛室采用了仿生設計，設計靈感來(lái)自于大自然里彎拱的樹(shù)枝，駕駛室重量約68千克，設計團隊表示這一駕駛室相比傳統設計方案的駕駛室減重25%，同時(shí)強度是可以保證的。駕駛室是由ORNL實(shí)驗室的BAAM(大幅面增材制造) 3D打印設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(kāi)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(kāi)發(fā)工程機械中的鋁、鈦兩種材料的3D打印零部件。長(cháng)期以來(lái)，卡特彼勒根據用戶(hù)的需求有針對性的開(kāi)發(fā)工程機械設備，與FIT在3D打印金屬零部件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的合作，將加強卡特彼勒在工程機械設備定制化開(kāi)發(fā)方面的實(shí)力。

　　卡特彼勒增材制造工廠(chǎng)

　　相比ORNL實(shí)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(kāi)發(fā)的3D打印零部件能夠更快的進(jìn)入到工程機械生產(chǎn)領(lǐng)域，3D科學(xué)谷認為卡特彼勒和FIT在增材制造技術(shù)和應用領(lǐng)域積累的大量經(jīng)驗為此奠定了基礎。

　　根據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)驗室，該實(shí)驗室使用了大量的3D打印設備來(lái)制造推土機、挖掘機以及其他設備的零件原型，并且為生產(chǎn)車(chē)間制造工具。后來(lái)該實(shí)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、為增材制造而設計和鑄造三個(gè)方向推進(jìn)3D打印技術(shù)的應用和成果轉化。

　　FIT 工廠(chǎng)內部

　　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(zhù)三塊核心領(lǐng)域開(kāi)展：原型、增材制造設計與制造(ADM)以及研發(fā)，研發(fā)板塊主要涉及到系統、工藝以及材料的開(kāi)發(fā)。不僅如此，FIT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(chǎng)和經(jīng)驗“復制”給需要將3D打印技術(shù)應用到生產(chǎn)領(lǐng)域的客戶(hù)。FIT的增材制造工廠(chǎng)是高度自動(dòng)化的，包括粉末的上下料裝置，供粉裝置通過(guò)工廠(chǎng)上方的管道貫穿起來(lái)，工廠(chǎng)通過(guò)軟件來(lái)處理復雜的數據流，并記錄工廠(chǎng)里所有的運轉操作情況，這一系列的管理方式打造了工廠(chǎng)在精益生產(chǎn)領(lǐng)域的競爭力。