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大型打印机怎么制版打印?我来告诉你答案12米长的超大尺寸3D打印机,是如何打印汽车和船舶的?

12米长的超大型3D打印机

Local Motors是一家美国开放式创新的公司。

全球第一辆3D打印电动汽车、3D打印智能巴士Olli,都是Local Motors公司研发的。

▲世界首辆采用3D打印技术打造的电动汽车“Strati”(左)

以及3D打印智能巴士Olli(右)

近日,Local Motors公司完成了世界上最大的复合材料3D打印机的安装工作,用于生产3D打印智能巴士Olli。作为一辆无人驾驶的智能汽车,在制造Olli的过程中将采用大量3D打印零部件。

▲亚利桑那州Local Motors公司外的一辆Olli巴士

这台用于生产Olli的大型打印机宽3米,长12米,是业界第一台具有内置CNC加工功能的大型3D打印机。该设备可以为航空航天,汽车,铸造和船舶等各种行业提供打印服务。

▲Local Motors的Thermwood 10'x40'LSAM

研发该大型3D打印机的公司,是有名的Thermwood公司,位于美国印第安纳州。在制造领域,Thermwood已经有了诸多产品,包括3轴和5轴加工设备,在航空航天、汽车、国防、复合材料等行业服务多年,有着很好的口碑。

▲Thermwood的加工设备

“wood”在英文中是“木头”的意思,为什么取这个名字呢?这家公司成立于1969年,最早是一家用于家具行业的木质部件的模具制造商,因此得名“Thermwood”。Thermwood公司在20世纪70年代中期,它开发了第一台商用数控机床控制系统,并用它来制造塑料零件。

▲Thermwood员工合影

如今Thermwood已经是一家全球领先的设备制造商,有着丰富的制造经验,从百老汇电影蝙蝠侠、侏罗纪公园3、星球大战的拍摄场景,到美国宇航局的火星飞行器、火星着陆器,都是使用Thermwood的设备制作的。基于过去成熟完善的制造经验,Thermwood将通过3D打印设备的研发,继续扩大自己的业务应用范围。

打印机是如何工作的?

这种制造大型尺寸物件的3D打印技术,被称为LSAM(LargeScaleAdditiveManufacturing),中文翻译为大型增材制造。

LSAM机器使用两个系统执行工作,一个用于打印,一个用于最终的精确CNC切削处理。生产过程中,部件首先通过类似于FDM技术将材料逐层挤出进行打印,然后使用CNC(数控机床)将其裁切成精确的最终尺寸和形状。

目前所使用的3D打印材料比例为80%ABS塑料和20%碳纤维。为了提高零件的刚性,公司计划在未来进一步提高热塑性碳纤维的比例。

▌3D打印喷头

这种打印机的打印头重量超过1.5吨,能够以每秒0.9米的速度移动,加热温度高达450℃。有三种不同的打印头,每小时的沉积速率可达150、300甚至500磅。

打印头的尺寸精度非常高,以千分之一英寸为单位,因此能够实现超高精度工业部件的打印。而对于普通的FDM设备来说很难达到这样高精度的打印。

▲打印头

普通的FDM设备常见问题,就是在打印过程中出现不均匀的材料输出量。而LSAM独有的专利技术,能够实现稳定、一致、精确的打印。

我们看到,大部分人对FDM技术的理解还处于比较初级的阶段,但是具有一定生产能力的工业级3D打印机已经很好的完成了商业转化。

▌数控加工

数控加工部分由5轴CNC加工来进行操作。与精确的打印头一样,数控加工也能确保最佳的位置精度。

Thermwood独有的专利技术,即使加工头遭受到了碰撞、撞击,也能够自动重新调整,对齐位置。

▲进行数控加工

LSAM可以同时进行3D打印和CNC加工,在一侧进行3D打印,在另一侧进行切削加工,从而提高制造效率。

▲同时进行3D打印和CNC加工

▌控制系统

LSAM使用了先进的控制系统。该系统与西门子温度控制模块集成,可设置、监控和控制七个加热区域中的每一个部分的温度。

▲在打印过程中,操作人员可以查看和修改机器参数,进行随时调整。控制系统不仅功能强大,而且操作简单直观。

▌切片软件

切片软件是3D打印重要的一部分。跟小型的FDM打印机相比,工业级的切片软件要求更为严格,开发难度更高。Thermwood开发的软件名为LSAM Print 3D,与LSAM大型3D打印机完美匹配,功能丰富,甚至能够实现在其它工业部件的内部进行打印。

▲Thermwood的LSAM Print 3D软件

应用案例

自2016年推出大型尺寸3D打印机,Thermwood已经在船舶、模具、汽车等领域有了很多丰富的应用案例。

▌直升机部件

利用LSAM大型打印机制造了世界上第一个聚砜材料(PSU)的模具,并用于生产波音Vertol双引擎直升机的油滴盘。

▲直升机部件

通过3D打印模具,节省了总材料成本的34%,并且工时减少了69%,包括从8天缩短到3天的制造时间。

▌3D打印简化船舶生产

Thermwood公司利用3D打印制作船体模具图案结构,用于船体玻璃纤维材料的模具制作。最终的船体图案结构重约3,000磅,打印大约需要30个小时,后续CNC数控加工需要50个小时。

▲打印中

打印完成的船体图案结构用于玻璃纤维的模具成型,然后再用于制造最终的船体。

▲将3D打印的部件进行拼装

▲拼装完成的船体图案结构

▲抛光后的船体图案结构

▲从船体图案结构中拉出玻璃纤维材料的模具(图片由Thermwood Corporation提供)

通过3D打印技术与传统模具工艺的结合,大大简化了船舶的制造流程。

在大型的部件制造领域,本来要花费巨额资金才能启动的新产品设计与研发、耗费几年时间才能推向市场的产品,现在通过3D打印技术,所花费的成本只是原来的零头,而时间也大大缩短。

美国汽车公司Local Motors引入Thermwood大型3D打印设备,未来是否会有更多应用、推出更多3D打印的车型,值得期待。

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