路虎BAR帆船通過金屬3D打印的液壓系統(tǒng)零件提升性能

在路虎BAR帆船隊技術創(chuàng)新小組 (TIG) 的支持下，增材制造（3D打�。┘夹g — 和許多其他尖端技術如人工智能、大數(shù)據(jù)分析等一樣 — 已融入到船隊的日常工作中。在本案例中，TIG一方面與生產金屬增材制造設備的全球測量專家雷尼紹公司攜手合作，另一方面使用其更為熟悉的塑料

路虎BAR帆船隊T3訓練船在索倫特海峽上航行（圖片版權所有：Harry KH路虎BAR帆船隊）

來自PA Consulting公司的TIG項目經理George Sykes評價說：“在團隊內部，我們分三種不同的級別來應用3D打印技術。最簡單的一種是原型制作和可視化工具。當需要生產大批量的定制零件時，在確定最終成品之前，我們可以在內部首先利用3D打印技術制作出全尺寸原型。”

雷尼紹為路虎BAR帆船隊制造的金屬3D打印液壓系統(tǒng)零件

路虎BAR帆船隊的設計室內配有3D打印機，只需點擊幾下鼠標，工程師就能用塑料真實制作出設計師所構想的幾乎所有模型�！斑@種制作原型的方法非常有助于我們研發(fā)某些新零件，”路虎BAR帆船隊首席技術官Andy Claughton說，“我們能夠真實觸摸到這些零件原形，將它們安裝到帆船上，或與系統(tǒng)中的其他部件相連接，這令我們能夠找出潛在問題，完善設計，最終投入成品生產�！�

船隊擁有一家裝備齊全的傳統(tǒng)加工車間，同時還擁有一個復合材料研究團隊。利用這些資源，船隊幾乎可以制作出想要的所有零件，但是如果能夠使用3D打印技術制作零件成品，那么他們毫無疑問會選擇。3D打印這種方式的一大優(yōu)勢便是可以大幅度地降低成本。

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船首斜桅的端蓋就是一個很好的例子。它的形狀比較復雜，設計用于減少空氣阻力。該零件很適合通過塑料3D打印技術制作，因為零件上沒有載荷，且一艘帆船上只需一個這樣的零件。在過去的很長一段時間里，這個定制的端蓋零件一直是用碳纖維材料制成的，然而其制作過程耗時且需要豐富經驗，因此零件成本較高。如今，一旦設計出新的端蓋模型，船隊在數(shù)小時內便可將其生產出來，且僅需花費幾英鎊。

“但是，我們最高級別的3D打印應用則是雷尼紹提供的金屬增材制造技術，”Sykes補充道，“用金屬制造定制零件是3D打印技術中最前沿的領域�！苯饘�3D打印通過像紙一樣薄的精細金屬粉末層來制造零件，每個薄層的厚度通常僅為0.05 mm，而這些金屬粉末的稠度則與玉米淀粉類似。增材制造系統(tǒng)在充滿氬氣的惰性環(huán)境中工作 — 這如同燈泡中的環(huán)境；系統(tǒng)加熱金屬粉末使其熔化，但不會使其燃燒或與空氣中的氧氣或雜質發(fā)生反應。利用激光束進行加熱，通過由軟件控制的光學鏡組引導激光束，聚集熱量以精確熔融所需的加工區(qū)域。

路虎BAR帆船隊最早采用該技術制作的零件是一個定制的滑輪外殼，用于活動披水板吊索內的滑輪。該零件要承載較高的壓縮載荷，且需具有良好的耐磨性，因此金屬是理想的選擇。所有高強度金屬的密度（單位體積的重量）都比碳纖維要大，因此為了減輕重量，零件最終采用了空心設計。除了增材制造技術，任何其他方法都難以制造出此類零件。

“增材制造技術在零件減重和增效方面具有非常驚人的潛力，”Andy Claughton解釋說，“舉個例子，我們曾在液壓系統(tǒng)上花費了很多心思。在3D打印出現(xiàn)之前，該系統(tǒng)的所有零件都是通過切削實心金屬料坯來制造的。使用切削法加工出的零件形狀十分有限，這一方面限制了設計自由，另一方面也限制了零件的效能。

“例如，液壓流體并不‘喜歡’流過那些尖銳的彎角，如果必須這樣設計的話，將會帶來能量的損失。如果采用傳統(tǒng)制造技術，這可能是零件的唯一設計方式，但是有了增材制造技術后，便可加工出內含光滑圓角的零件，這將大大提高流體傳輸?shù)男�率�?br />
“除了提升零件效能，我們現(xiàn)在還可以制造出更加輕巧的零件，因為我們僅需在必要位置添加材料。過去，利用車床或其他切削機床，我們能夠加工出的零件幾何形狀存在許多限制，這意味著我們可能無法去除某些不必要的材料，而我們的帆船也不得不帶著這些多余的重量航行。這些以后都不會成為問題了�！崩啄峤B為其帆船的液壓系統(tǒng)生產了多個關鍵零件，但是船隊不愿透露過多的設計細節(jié)，據(jù)說新的AM歧管設計重量減少了60%，而效能則提升超過20%。

雷尼紹增材制造產品部產品市場工程師David Ewing說：“與路虎BAR的合作有助于提高我們的增材制造技術水平。增材制造包含一整套復雜的制造方案，涵蓋從零件設計到工藝流程等方方面面的專業(yè)知識。最好的應用是使用最少的材料來達到設計要求，產品具有實用的功能性優(yōu)點，且應在設計時便已將制造方法考慮在內。我們?yōu)槁坊�BAR生產的液壓系統(tǒng)零件就是一個完美的例子�！�

“雷尼紹在這場面向制造業(yè)未來的競爭中處于最前列，他們利用自身的優(yōu)勢為我們提供了實實在在的幫助。這項技術將在我們的制造理念中扎根，并且它將在未來的制造流程中發(fā)揮越來越大的作用�！盇ndyClaughton總結道。

來源：雷尼紹
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