在今年的CONEXPO-CON/AGG和IFPE展会上，展出了一台功能齐全的3D打印挖掘机。除了打印机，第二台挖掘机在现场打印;两者都在展览中展出新科技体验区．
3D打印挖掘机被称为AME项目(先进制造挖掘机)，是由紧凑和高效流体动力中心(CCEFP)发起的一个为期两年的项目，旨在展示3D打印(又名增材制造)在流体动力和移动设备行业中的潜在用途。该项目旨在展示金属合金打印的可行性，并首次在3D打印中大规模使用钢材。
CCEFP获得了美国国家科学基金会(NSF)的资助。它还得到了设备制造商协会(AEM)和国家流体动力协会(NFPA)的支持。
美国能源部(DOE)在橡树岭国家实验室(ORNL)的制造示范设施(MNF)领导了挖掘机的实际打印。
挖掘机的3D打印部分是操作员室、操纵杆(臂架的远端)和热交换器。CCEFP的工业联络官迈克·古斯特(Mike Gust)说，由于完成挖掘机的设计和打印所需的时间和资源，只选择了机器的三个部分。然而，他说，它得到的主要观点是，让行业意识到，增材制造正在迅速变得更加普遍，并让工程师“在未来，如果他们参与设计下一代设备，就会跳出框框思考”。
材料选择和印刷工艺
来自佐治亚理工学院和明尼苏达大学的工程专业学生研究团队致力于挖掘机的设计，使其有利于3D打印，同时减少尺寸、重量、材料成本和维护，同时提高机器效率。挖掘机的臂架、驾驶室和热交换器是作为三个独立的学生设计项目的一部分设计的。
在开发这个项目时，古斯特说，3D打印工艺本身是首先选择的，然后是三个部分的材料。碳纤维复合材料被选为驾驶室的材料，部分原因是它的设计将是本科生设计比赛的一部分，CCEFP希望选择一种工艺已经得到验证的材料。“用于吊杆的钢铁工艺还远远没有准备好，需要ORNL进行重大开发。这对于同时要上其他课程的本科生来说太困难、太耗时了。”
BAAM(大面积增材制造)机器是世界上最大的聚合物3D打印机。它能够打印20英尺长，8英尺宽，6英尺高的组件。橡树岭国家实验室/美国能源部
此外，他说，选择碳纤维复合材料是因为“我们想在低应力部件上展示‘传统BAAM(大面积增材制造)’，而碳纤维增强复合材料是目前可用的。”(请参见下面的侧栏了解更多关于BAAM的信息。）
ORNL的企业研究员Lonnie Love表示，BAAM是用于驾驶室的最佳3D打印机，因为它所选择的材料，以及它的尺寸、细节和几何要求。该驾驶室的目标是能够创造出具有有机形状的大平面面板，BAAM打印机允许这样做。
此外，他还表示，驾驶室采用了由polyent公司为BAAM开发的新型涂层，TruDesign公司也采用了这种涂层。
勒夫说，AME项目令人兴奋的事情之一是它展示了不同的流程和能力。“不是所有的3D打印机都是一样的，”他说。“每个人都有自己的优点和缺点。”
该项目演示了七种类型的3D打印工艺中的三种。每种类型的打印机都有它能做的一系列事情。洛夫说:“对我们来说，教育建筑行业是一件非常重要的事情。”“你不想只是出去买一台机器，你真的想要仔细思考你的目标是什么，我们可以帮助你找出适合你的应用程序的系统类型。”
佐治亚理工学院的研究生们负责设计钢铁吊杆。通过使用3D打印技术，臂架液压系统的流体通道可以打印在臂架结构内部，省去了传统机器中包含的一些软管和油管。这有助于减少重量和材料成本，因为材料只在需要的地方打印。虽然一些铸造工艺可以接近于重现这种类型的设计，但Gust说:“除非产量很高，否则模具和生产成本相当高。”
选择钢打印作为棒，以演示该工艺在高应力组件上的使用。Gust表示，选择动力床增材制造作为打印方法是为了展示增材制造的准确性。
洛夫指出，在AME项目开始的时候，还没有可以打印钢材的大型3D打印机。正因为如此，ORNL花了2年时间开发了一个系统来满足这一需求。该实验室与沃尔夫机器人公司合作，后者将在商业基础上提供打印机。”当开发一项新技术时，ORNL试图直接与机床制造商(如Wolf Robotics和Cincinnati Inc.)合作，以便在项目结束时在美国，(制造商)如果想要的话，实际上可以出去买一台，”洛夫说。
与打印金属部件相关的挑战之一是它们的弯曲倾向。“当你熔化金属时，它会膨胀，当它冷却时，它会收缩，”勒夫解释道。“当你这样做的时候，你会在零件上积累很多压力，它们会扭曲和卷曲。”
勒夫说，研究小组很早就发现，垂直而不是水平地打印7英尺(2.1米)长的木棍有助于解决这个问题。他说，尽管这根棍子很高，但这根棍子的横截面变短了，这有助于控制压力。此外，每层之间的界面温度都在期望的范围内，以保持翘曲到最小。洛夫说，在3D打印金属时，温度是一个很大的因素，因此，打印机的控制被修改为测量和补偿扭曲，在必要时，随着零件的增长，通过调整温度和速度。
古斯特说，由于铝具有优异的传热性能，因此它被选为热交换器的材料。明尼苏达大学的学生负责设计。热交换器在单个单元中存储和冷却油，以减少挖掘机内部使用的部件的尺寸和重量，这也有助于提高整体机器效率。
热交换器的打印使用了ORNL现场的概念激光粉末床系统。洛夫说，选择这台3D打印机是因为热交换器的细节要求很高，它有非常精细的端口和流体通道。
明尼苏达大学的团队与ORNL的工程师合作，设计了用于3D打印的热交换器。洛夫说，一旦大学团队看到概念激光系统所提供的灵活性，他们就能够完全不同地思考如何设计热交换器。
ORNL的Lonnie Love(左三)与来自伊利诺伊大学香槟分校的获奖学生工程团队，他们有机会看到其设计被打印在ORNL的大面积增材制造系统上。橡树岭国家实验室/美国能源部
在挖掘机驾驶室方面，美国为本科工程专业学生举办了一场设计比赛。参赛团队的挑战是设计和打印一个具有未来感的驾驶室和人机界面(HMI)，既美观又实用。一个由行业专家组成的小组对获胜者进行了评判，并选出了来自伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)的一个团队。获胜的团队获得了由NFPA捐赠的2000美元现金奖励，并前往ORNL观看其设计的打印。
“在不久的将来，增材制造将彻底改变东西的设计和生产方式，”Gust在一份报告中说新闻发布会宣布了出租车设计比赛的获胜者．“这次比赛有助于提高下一代工程师对技术进步的认识，我们很高兴未来的工程师将这台新设计的机器带入生活。”
