3D打印,真的可以随心所欲?

作者:霍尼韦尔(中国)有限公司 文章来源:MM《现代制造》 点击数:634 发布时间:2017-08-29
由于3D打印设备本身的限制,以及金属粉末在高能激光烧结下会发生膨胀,冷却后会有收缩,所以3D打印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。
3D打印,真的可以随心所欲?

3D打印,或者更为专业的名称“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。

“的确,增材制造技术的快速建模、快速成型可以大大提高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,也是航空航天领域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告诉我们。

通过3D打印技术生产的零部件

“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Alexandre Baudot半开玩笑地说道,“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进行技术攻坚,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”。

“热交换器最大的挑战在于它里面的翅片非常薄,只有不到0.2mm,而3D打印机能够稳定发挥的极致是0.3~0.4mm,这是设备本身的一个限制,同时也因为金属粉末在高能激光烧结下会发生膨胀,冷却后会有点收缩,因此会跟理论值产生误差,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,她是高级机械设计工程师。与郭鑫不同,她在霍尼韦尔工作了九年多,而与他相同的是,加入这个3D打印实验室之前,她与之有关的经验为零。“没有什么秘诀,就是不断地学习、接受各种培训,我拿到支撑设计资格证书的时候,还是有点小小的自豪。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3D立体的东西,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。

从年初到现在,这个项目组已经进行了6次“设计试验(DoE,Design of Experiment)”。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天左右的时间。突破,发生在第2次试验之后。窦娟和郭鑫分别从支撑设计和3D打印机的参数和功能设置上找到了可行的解决办法,并且在第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。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,都是朝着这个目标迈近了一步。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1lb(1lb=0.45kg),也会起到至关重要的作用。

霍尼韦尔是业界内将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,全球其他三个实验室分别位于美国、印度和捷克。目前,这个项目组还在不断地尝试中体验成功与失败交织的味道,而他们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。