添加剂的影响制造业与重型车辆应用程序开始成形。而3 d打印技术已经存在了几十年,其最近的角色是快速原型测试部分的整体形状,尺寸和设计。然而,随着材料可用性和打印机功能扩大,加法制造正迅速成为实际生产零件的制造机会,和再制造和备件服务。
加法制造了几次机会,以及oem厂商考虑的新挑战。现有产品现在可以重新评估新设计的机会,否则无法实现使用传统的制造过程。工程师可以设计新零件的自由创造力不常锻炼(连同一套新的设计规则)。
2015年12月,卡特彼勒公司在Mossville开设了自己的加法制造工厂,IL,工厂根据释放卡特彼勒,代表公司的适应变化的制造环境。工厂房屋商业和高端3 d印制机原型不仅服务于客户,但也会增加其内部操作的效率,开展探索性研究和发展的最新技术。
只是短暂的三个月后,卡特彼勒庆祝隆重开幕的全套三个创新空间,包括加法制造工厂的卡特彼勒3 d打印&创新加速器。“我们的3 d打印技术的未来是令人兴奋的——从铸件部分其他更大的可能性,”卡特彼勒董事长兼首席执行长Doug Oberhelman表示在开幕式在一份声明中。其他两个区域包括猫MicroFoundry快速创建少量铸件使用沙子3 d打印技术,和创新的加速器,工程师和鼓励团队成员使用他们的想象力来梦想下一个伟大的创新,使它成为一个现实。
重新定义现有流程
3 d打印技术的自由有一个学习曲线,特别是对于经验丰富的设计师,设计等制造工艺铸造多年,现在可以重新考虑部分功能没有制造约束。
与印刷、独特的设计考虑将添加结构稳定设计的支持,因为它被打印出来。塑料印刷材料可以使用一个支持可溶解的衬底,而金属印刷需要被支持的一个工具。
吉娜·麦基是一个设计工程师在NPI燃烧太阳能发电机机械设计集团公司,卡特彼勒公司。在她的开发团队,重点是对未来的设计部分。“很多人在我集团来自制造业和非常熟悉车床和磨机,数控五轴机器和其他传统的制备方法。但当我们3 d印刷部分,你现在需要设计的部分功能,不是它是捏造的。”
使用传统的加工,设计师必须始终牢记的部分是怎样制成的,将使用什么工具,什么类型的钻点,什么类型的机器,对设计的影响。但是,使用3 d打印,一个设计师可以超越制造约束。“其中一个去年考虑在一个3 d印刷金属部分的设计将是工具,必须删除任何支持结构,你可能不得不使用构建部分,”麦基说。“但是,这也意味着一个设计师把支撑结构减少了3 d印刷设计减少工具的时间。
表面处理也是一个复议范围以外的设计师。与传统的一部分,当材料被切掉,表面光洁度过程可以发生在加工过程中像暴跌。3 d打印技术,部分的内部通道可以比传统的设计复杂,但这些内部通道可能无法平滑或整理工具。“你可能需要用泥浆磨练消除任何粗糙的段落,例如,与传统工具时,你可能会加工标准的表面光洁度,”麦基说。
“我最近去了一个非正式的调查团队,”她回忆道。“我问他们,‘如果我们能建立你的部分3 d打印机,它看起来像现在吗?“他们说,”不,一部分的原因是这样是因为我们需要访问为工具和完成某些功能。如果我们可以设计函数,我们就不会是这个样子。”
“这火花想象力和允许你去思考一些事情,就像你从未被之前,”麦基说。“这是真正的再度出现创新。”
从头设计3 d打印
工程项目团队领导者Kristine Timmons卡特彼勒公司从未受传统制造和设计技术。作为一个测试工程师,她的工作是尝试和验证或打破一个设计,以及提出改进建议。“因为我从未参与传统的制造和设计技术,三年前我过渡到加法制造不是一样困难,设计工程师必须重新学习如何处理系统的设计。”
Timmons现在领导一个工程师团队从几个不同的业务部门包括冶金、印刷、发动机性能和模拟。最近的一个项目是围绕解决问题与一个引擎组件的耐久性。“8000小时的只是生活一部分,目标是20000小时。的材料提供给我们和传统制造业,我们可以让小改进现有的设计,但是没有生活方式我们会达到目标期望的一部分。”
Timmons聚集形成七个不同的业务部门在卡特彼勒,加上两个外部顾问,头脑风暴的解决方案。“我告诉他们把传统知识窗外,假设我们的加法制造集团可以打印任何东西,”她说。最后,20国集团(g20) 45个人想出了不同的设计概念,通过仿真比较分析测试后,约定三个设计打印引擎和测试。
“我们并没有尝试去适应设计3 d打印。我们创建一个全新的设计。最后,我们能够提高发动机的性能,提高组件的寿命达到20000小时的目标。”
限制和机会
加法制造的两个主要障碍在重型设备的应用程序是有限的打印机的大小和可用的材料。金属和塑料用于3 d打印了一些时间,材料组织提供不同的好处和限制其使用。
高温合金,例如,用于3 d打印了几年,但它不能假定材料的属性和性能将是相同的原始氨基合金。拉伸试验和疲劳试验的3 d印刷产品必须确保性能需求仍在进行。
印刷金属也可以是一个缓慢的过程,这就是为什么它并不总是合理修改设计,3 d打印出来。
相反,可以节省的时间打印多个迭代的部分是重要的。“如果你设计铸造浇注,草案角度和工具需要花很长时间,所以你不经常改变设计的,”麦基说。“但是,3 d印刷,你可以更快的迭代概念之间,让他们建立在数周内而不是几个月。也许迭代只是不同原型版本的组件,最终将把如果可能,但时间缩短了迭代和设计之间的关系。因为我工作在开发中,我看到一个很大的优势。”
另一个机会重新设计或新产品设计的3 d打印是简化整体部分。一部分是传统上由10个不同的部分可以重塑只有两块,甚至为一个单一的单位。减少部分意味着减少关节,可以点软弱或泄漏。
简化的部分的设计也可以找到节约成本。Timmons小组很快就会测试一个设计可以减少客户的拥有和运营成本5%,提高组件的耐久性三个褶皱。“我们致力于电力发动机,所以85%的拥有和运营成本是由单独的燃料成本,这就是为什么提高发动机效率有这么大的影响。”
最后,加法制造越来越多的行业为重型设备制造商去探索,看似无穷无尽的潜力,打印机技术不断进步和材料可用性扩张。更复杂的和优化设计可以考虑更高的系统和机器性能,以及潜在的时间和节约成本在设计和制造阶段。
这并不是说这是结束的开始对传统制造流程,特别是在当前的大小约束3 d打印机相比,大型重型设备组件的大小。“3 d印刷不能做任何事,但它可以做很多,”麦基说。
