行业资讯丨新技术可以消除3D打印的障碍

2020-11-19 12:00 工业汇

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Mike Farish发自工程社区CR4

无限构建演示机。图片来源：Stratasys

普遍称为增材制造（或越来越多地称为3D打印）的这套技术的基本原理是众所周知的，它们都涉及通过在逐层递增的过程中应用材料来创建物理对象。

这种方法的优点和缺点都是众所周知的。首先，它们具有以下能力：无论是设计验证还是实际生产，都可以制造一种或少量零件，并且以经济可行的方式制造。第二，他们认识到可以制造的零件的尺寸受到机器本身的限制，并且有时它们的几何形状也可能受到限制。

但是在最近几周中，Stratasys披露了两个原型开发项目的详细信息，在这两个项目中，这两个抑制因素都得到了缓解，并且在某一方面已被有效废除。

这是通过使工艺（在这种情况下，是通过喷嘴将液态聚合物材料挤出的熔融沉积建模（FDM））在机床机壳范围之外进行实现的。此外，世界上两家最大的工程公司-波音和福特-一直致力于确保3D打印技术的进步为实际的商业需求提供潜在的解决方案。第三家-控制系统提供商西门子-帮助开发了机器人功能。

扩大范围

这两个项目分别称为“无限构建”和“机器人复合3D演示器”。尽管它们在外观和制造潜力上有所不同，但它们都具有在制造单元内进行工作的相同基本特征，而不是一台机器的狭窄范围。

无限构建方法主要是通过将材质的应用翻转90度来实现的。因此，代替通过从向下指向的施加器施加材料而在连续的水平层中制造工件，而是通过水平定向的喷嘴在横向上建立工件。涂药器本身有两个运动轴，上下，上下运动。演示模型允许垂直移动30英寸，水平移动40英寸。

与传统的添加程序相反，正在生长的工件不是静止的，而是与施加器成直角水平移动。这种构造有效地构成了大型连续挤压机，只要补充原料库存，它就可以生产出长度不受限制的制品。

采用无限构建技术构建的飞机面板。图片来源：Stratasys

机械手合成方法的关键方面是，它使涂药器相对于工件的运动轴数从传统的X，Y和Z增加到多达八个。它通过将涂药器安装在五轴机器人的手臂上并将工件安装在可以旋转360度并可以上下移动的夹具上来实现。这样做是由于其位于第二臂的自由端，该第二臂具有铰接的基座，以使工件相对于施加器进一步运动。

Stratasys表示，这两种技术都有可能彻底改变FDM技术，并且这样做可以满足用户的实际需求。该公司研发高级副总裁Dick Anderson表示，一些主要客户希望“使用FDM来使事情变得更大，更快，同时具有多种材料的功能和更长的正常运行时间的可靠性。”

新型涂药器

考虑到这一点，安德森说，原型技术的另一个重要方面是，他们使用了另一种类型的涂抹器，即一种螺杆挤出机，该螺杆挤出机通过压缩颗粒来熔化材料颗粒，从而取代了以前使用的加热管。他说，这种技术会产生热量，这意味着不需要额外的热能输入就可以熔化材料。即使如此，“无限构建”配置也需要受控的局部环境和对工件的某种热处理，以便提供适当的后处理冷却。当使用没有碳增强的“未填充”材料时，这一点尤其重要。相比之下，“填充”材料具有更好的固有冷却能力。

Anderson说，此外，施药器及其干燥药丸储存器的组合构成了一种“工具”，可帮助实现所需的多种材料功能，因为可以将其从设备中取出，并用另一种施药器用不同的材料代替。他说，在Infinite Build配置的情况下，转换时间约为30秒，这恰好在60分钟的窗口内，Anderson说这是在不制造单个零件的情况下可以中止该过程的最长时间。损害最终质量。通过在涂抹器的末端安装压力传感器，可以满足可靠性标准。该传感器可以在损害工件完整性之前检测出故障。

使用无限构建技术构建的火箭整流罩工具。图片来源：Stratasys

机器人复合演示器提供了使用FDM制作更小的离散零件的增强功能。安德森说，尤其是，它消除了对许多“支撑结构”的需要，在制造零件时，通常需要将已建立的添加技术内置到零件中，然后再将其删除。他说，一个实验部分所需要的支持比其他方面“少80％”。可以从此功能中受益的一种零件可能是需要一些薄的外部元件（如鳍片）的零件。另一个可能是风管，特别是如果必须制成波浪形。

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