3D打印技术加上逆向工程设计让“瘫痪”的老爷车重新飞驰起来

发表于 2016-5-10 16:24:59 显示全部楼层 0 15783

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发动机对于汽车来说其重要性好比是心脏对于人类,而对于那些做工精致,每款数量极少的老爷车来说,其发动机一旦过了服役寿命,那整个老爷车就处于“瘫痪”状态,很多老爷车的原厂发动机早已停产,而且厂家处于运营成本的考虑也不可能为了某个老爷车专门保留其备品备件太久,甚至有的连发动机的CAD图纸都无法找到。这时候老爷车就面临着一个尴尬的局面,要换个新的发动机重获新生?这个代价有多高?

3D打印技术由于其高度的灵活性不仅仅在研发和生产领域有其独特的应用价值,在逆向工程领域的作用更是不容小觑。这让以经济的成本为老爷车重新制造个崭新的发动机成为触手可及的事情。

首先,我们来理解3D打印可用于发动机制造的几种工艺,一种工艺是3D打印熔模,然后在熔模外包覆若干层耐火材料制成型壳,再将高温熔化3D打印出的熔模部分,从而获得无分型面的铸型,可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。

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第二种工艺是3D打印砂模,然后与第一种方法获得铸型后的工序类似,进行金属浇铸的工序。第三种工艺是3D打印金属,该工艺不涉及金属浇铸的工序,某种意义上通过3D打印金属“替代”铸造工艺。

这三种3D打印解决方法都有其优点和局限性,如何扬长避短?适合你的才是最好的。本期,我们通过voxeljet-维捷(中国)在欧洲的案例来领略如何通过熔模铸造为老爷车换“心脏”。

与时间赛跑, 打赌赢了
Hispano-Suiza老爷车是西班牙早期著名汽车品牌,成立于1904年。在上个世纪二三十年代的西班牙,这个汽车品牌成为西班牙豪华汽车的代表领域,那个时候的就连劳斯莱斯也有很多部件及设计模仿Hispano-Suiza,而其象征吉祥的“鹳”则被制成了雕塑,傲立在Hispano-Suiza车头。

对于一辆76岁的Hispano-Suiza K6老爷车来说,要让它重获威风就需要更换其铝合金发动机缸体。LF INGénierie是一家专注于先进的机械设计和生产项目的工程公司,他们接受了给Hispano-Suiza K6换发动机的挑战:在仅仅几个月的时间内制造出一个相同的Hispano-Suiza K6 1933六缸铝合金发动机缸体。
原来的发动机经历了长年累月驾驶的损耗和期间连续的修复破坏,最后一次的修复是沉积焊接技术,要更换如此精密的发动机缸体唯一的解决办法是用熔模铸造技术来建造一个新的。

第一阶段通过SOLIDWORKS软件来完成CAD模型,三维CAD模型是针对于熔模铸造工艺的要求来构建的,在不到2个星期内,每天工作15小时,建模的工作完成了。然后voxeljet(维捷)在法国分公司的原型快速制造专家,通过voxeljet(维捷)的设备48小时内完成了熔模的打印工作,然后送到铸造厂进行熔模涂覆、烧制和精密铸造的工序。

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voxeljet(维捷)设备通过粘合剂将颗粒材料选择性地逐层进行粘合而制成模具。 其PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)3DP打印技术为熔模铸造带来了明显的优点:
经济的生产:投资铸造模型被逐层打印,不需复杂且昂贵开模。
大幅面打印:大型模具可在成形尺寸达1,000 x 600 x 500 mm的平台上进行打印。
快速可用性:最快仅需3个工作日即可交货。
复杂的组件:几乎无限制的几何形状。
精密的模型:源于150微米的层厚度和高达600 dpi的打印分辨率。
尺寸精度高:无热变形——即使是在大型3D熔模制造应用上。
适用于熔模铸造:残留的灰分含量很低且在燃烧过程一般没有扩张,熔模不损坏陶瓷外壳(无外壳破损)。
表面光洁:以渗蜡保证熔模铸造零件表面的流畅或以环氧树脂以增加强度呈现模具。

熔模铸造需要注意的是在烧制的过程中,其热膨胀系数和外面包裹的防火材料不同,所以熔模工艺中需要关注是否会因为膨胀原因导致外壳受损,而在Hispano-Suiza K6的案例中,进一步证明了voxeljet(维捷)用于PMMA的可靠性,不仅是材料无变形,另外3DP技术的一大特点是工业级的制造速度,并且材料成本低也是其工业化应用的另一个因素。

在铸造厂进行铸造工序的同时,LF INGénierie就开始了对铸件后期CNC机加工工艺的准备工作。在拿到铸件后,车间就进入了马不停蹄的机加工环节,三个月过去了,76岁的Hispano-Suiza K6老爷车重获新生,吉祥之“鹳”又重新傲弛在道路上。

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