【案例】用3D打印的PSU復合塑料模具制造直升機大型結構件

▲用3D打印模具制成的塑料直升機零件

諸如直升機結構件這樣的大型零件，通常是用重達數(shù)噸甚至數(shù)十噸的模具通過注塑工藝制成的。但這樣的方法不僅成本高，而且要求高，比如機床工作臺面必須能承受大重量；設備必須具有大承重和高剛性的特性，還要有足夠大的臺面尺寸和工作行程與之相適應；制造模具用的高速萬能銑床必須有很高的動、靜剛度，以提高機床的定位精度、跟蹤精度和抗振能力。

另外，由于模具的強度和硬度都很高，加上常常采用伸長量較大的小直徑端銑刀加工模具型腔，加工過程種很容易發(fā)生顫振。

▲3D打印的模具

3D打印技術為大型模具制造帶來了新的切入點。就拿PSU塑料來說，這種塑料耐蒸氣、耐水解、無毒、耐高溫蒸氣消毒、高透明、尺寸穩(wěn)定性好的塑料材料。這也為通過3D打印技術來加工PSU塑料模具，然后通過注塑完成最終產(chǎn)品的加工。對于小批量大型零件的制備，這是一種快、好、省的捷徑。

最近，普渡大學復合材料制造和模擬中心，Thermwood公司，應用復合材料工程（ACE）和Techmer PM的聯(lián)合團隊實現(xiàn)了通過3D打印PSU復合材料模具來實現(xiàn)直升機零部件的注塑目的。

據(jù)悉，這可能是碳纖維增強PSU塑料首次成功地被用于3D打印工藝。Thermwood的大型增材制造（LSAM-Large Additive Manufacturing）系統(tǒng)通過3D打印與機加工一次性用它將模具制造了出來。

團隊的每個成員都在直升機零部件的生產(chǎn)中發(fā)揮了關鍵作用：Techmer PM是高性能定制聚合物的制造商，由他們提供了專業(yè)的PSU材料; Thermood公司提供了其LSAM技術;而專注于航空航天工業(yè)的復合材料專家ACE則通過3D打印的模具來創(chuàng)建最終的直升機零部件。

為了將3D打印方法與傳統(tǒng)制造方式進行比較，團隊專門做了兩種制造方式的經(jīng)濟性分析。根據(jù)分析結果，3D打印模具的材料比標準模具材料的成本低34％，在勞動時間方面的生產(chǎn)速度提高了69％，3D打印模具只需三天時間就可以制造完成，而傳統(tǒng)的模具制造需要八天時間。

能夠?qū)�PSU材料用作模具，主要得益于LSAM強大的擠出系統(tǒng)可以達到PSU加工工程中所需的高溫和扭矩水平。

Thermwood開發(fā)的LSAM系統(tǒng)是增材制造工藝與機加工切削工藝的巧妙結合，由3D打印完成粗糙的模型輪廓，通過使用CNC銑床將零件加工到精確尺寸，在3D打印的過程中就可以同步配合機加工切削的運用，這款用于制造直升機零件模具的大型3D打印機的建造體積為10×20英尺。

隨后，直升機零件在275oF和90PSI的高壓釜中成型。3D打印模具保持真空，不需要特殊的涂層，在Tg（玻璃化轉變溫度）372°F的情況下，這種特殊的PSU復合材料配方能夠滿足高達350°F的零部件注塑環(huán)境要求，根據(jù)3D科學谷的了解這足以滿足今天加工中大約95％的復合材料部件。當然，還需要進行額外的測試以確定該材料在高溫下的適用性和耐久性。

延伸閱讀：
《空客直升機用FDM 3D打印機制造齒輪等原型零部件》
《航空巨頭賽峰為新型Aneto直升機引擎安裝3D打印金屬部件》

南極熊，3D打印專業(yè)媒體平臺。點擊進入網(wǎng)址http://m.lhkhtyz.com/

來源：3D科學谷