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3D打印真能随心所欲?且听下面分析 - 增城新塘彩

文章出处: 人气:发表时间:2018-02-19 11:58

2016年的巴西里约,因为四年一届的奥运会成为世界瞩目的焦点。而在里约的一个艺术展上,被誉为古代文明七大奇迹之一的奥林匹亚宙斯神像从天而降,再次接受万众的仰望,共同庆祝奥运的荣光。然而,参观者需要景仰的不仅是这位众神之首,更是让宙斯“穿越”2000多年的时光隧道,“复原”在这21世纪的今天的“法宝”——3D打印技术。


3D打印真能随心所欲?且听下面分析


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   3D打印,或者说更为专业的名称“增材制造技术”已经不再是一个陌生的词汇。这个诞生于20世纪90年代的新技术发展到今天已经被广泛应用到建筑、工程、医疗、汽车、工业设计和航空航天,甚至珠宝、艺术等诸多领域。“宙斯的穿越”就是一个很好的例证。


   “的确,增材制造技术的快速建模、快速成形可以大大缩短产品的设计周期或者生产周期,更重要的是,它可以‘打印’出,或者说制造出传统工艺无法做到的产品设计。这是很有意思的,也是我们航空航天引入增材制造技术的重要原因。”霍尼韦尔科技事业部航空航天中国研发中心总经理徐军表示。


   “不过,有的时候,3D打印机也不是那么地配合,它似乎……”霍尼韦尔科技事业部航空航天中国研发中心增材制造工程项目经理AlexandreBaudot半开玩笑地说,“似乎不太友好,要为难我们一下。”目前,他正带领3D打印热交换器项目组开展技术攻关。他所说的“为难”,也就是他们与3D打印机半年多来的“斗智斗勇”。


   “面对热交换器最大的挑战在于它里面的翅片非常薄,只有不到0.2毫米。而3D打印机能够稳定发挥的极致是0.3毫米——0.4毫米,这是机器本身的一个限制。因为金属粉末在高能激光烧结下会产生膨胀,冷却后会有点收缩,这就跟理论值产生了误差,所以说它不可能做到完全地让你随心所欲地打出想要多薄就多薄的东西。应该说,是我们先‘为难’它了。”郭鑫是霍尼韦尔科技事业部航空航天中国研发中心3D打印实验室的机械工程师,也是这个项目的主要成员之一。在加入霍尼韦尔之前,他的工作只与2D打印有关。有机会学习3D打印技术,是他加入霍尼韦尔的原因。


   这个项目的另一位主要成员是窦娟,高级机械设计工程师。与郭鑫不同,她在霍尼韦尔工作了9年多;而与郭鑫相同的是,加入这个3D打印实验室之前,与之有关的经验为零。“没有什么秘诀,就是不断地学习、进行各种培训,我在拿到支撑设计资格证书的时候,还是有点小小自豪的。支撑设计对3D打印至关重要。设计得太复杂不利于打印,也会给打印完成之后的移除带来巨大的工作量和成本。但是设计得不到位,打印就会失败。3D打印并不像打印纸张那样,放进一张纸,纸就会从打印机里吐出来。由于它是一个三维立体的东西,它需要先打印在一个底座上才行,而底座和这个物件之间,就需要一个支撑。”窦娟说起3D打印的设计支撑,还是带着一些小小的自豪和激情的。


   从2016年初到现在,这个项目组已经进行了6次“设计试验”(DoE,DesignofExperiment)。每一次的试验从计划、设计、打印、移除支撑到测量和测试功能,大约需要10天的时间。突破,发生在第2次试验之后。窦娟和郭鑫分别从支撑设计及3D打印机的参数、功能设置上找到了可行的解决办法,并且从第3次试验开始尝试不同的组合,以期找到最完美的“配方”,攻克这一技术难关。


   “热交换器是在我们机械元件产品组合中的重要元件之一。传统制造工艺使这种产品在设计和打样上需要投放很高的成本,更换翅片设计更是需要在模具上耗费相当高的成本。一种翅片的工期从生产到装配,短则半年,长则一年。更重要的是,用传统工艺生产热交换器的成品率相当低,只有85%。因此,我们十分期待有朝一日,这样的产品能够通过3D打印技术来生产”。在Alexandre、窦娟和郭鑫的眼中,与3D打印机“斗智斗勇”并不是一件痛苦的事情;相反,他们觉得每一次的尝试,都是往这个目标迈进了一步。


   “你们看这个,这是我们刚刚成功打印的一个工具。”Alexandre拿起一个精巧的棘轮扳手展示在我们眼前,“这个扳手里面的棘轮是与整个扳手一起打印出来的,是一个很好的3D打印设计案例。我们已经为此申请了专利。”在介绍这个产品时,Alexandre显得很自豪。


   “最近,我们与国内一所知名大学开展了合作,期待在3D打印设计方面有所突破。也许将来的某一天,你所看到的热交换器不再是这样四四方方的。事实上,如果我们在设计阶段就把容易打印、较低的成本、相同的甚至更好的产品性能进行综合考虑,3D打印也许真的可以做到随心所欲。同时,对于航空航天业而言,在保证相同性能的前提下减轻产品的重量,哪怕一磅,也会起到至关重要的作用”。


   霍尼韦尔是业界将3D打印,即增材制造技术引入航空航天业的领先者。其在中国的3D打印实验室于2014年建成,全球其他3个实验室分别位于美国、印度和捷克。


   目前,这个项目组在不断地尝试中品尝成功与失败交织的味道,而他们取得的成功也仅仅代表着前期试验的胜利,真正实现用3D打印技术生产飞机零部件还有很长的一段路要走,甚至充满了未知。但是,他们在技术和知识上积累的一点一滴,他们实现的各种突破,都将成为后来者向前迈进的基石。


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