看瑞士磨床制造商Studer如何利用3D打印技術(shù)提升設(shè)備冷卻性能？

磨床是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工（Grinding）的機(jī)床。在研磨過(guò)程中產(chǎn)生的熱量對(duì)工件質(zhì)量至關(guān)重要。磨料加工中相對(duì)較高的摩擦效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生熱量，從而導(dǎo)致機(jī)加工零件表面層的熱損傷。因此，冷卻和潤(rùn)滑在研磨過(guò)程中起著決定性的作用。除了冷卻研磨過(guò)程的主要任務(wù)之外，冷卻劑液、潤(rùn)滑劑還起到其他幾個(gè)作用，例如清潔帶有加工殘余物的研磨輪，沖洗磨床中的切屑，以及熄滅火花噴射。

在磨床中，冷卻液由冷卻系統(tǒng)輸送到所需位置，冷卻系統(tǒng)包括冷卻液噴嘴、液壓系統(tǒng)等組成部分。多年來(lái)，磨床冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并沒(méi)有太大變化。據(jù)了解，瑞士磨床制造商Studer(斯圖特)在近年來(lái)利用3D打印技術(shù)對(duì)磨床的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)創(chuàng)新，為磨床帶來(lái)了更佳冷卻效果。

3D打印新型冷卻液噴嘴
Studer 研發(fā)了3D打印新型噴嘴SmartJet。每個(gè)SmartJet噴嘴都根據(jù)磨床用戶需要加工的工件和相應(yīng)的砂輪進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，以在靠近工件和砂輪的位置實(shí)現(xiàn)隨形冷卻。噴嘴既可以通過(guò)塑料3D打印技術(shù)和聚酰胺材料制造，也可以通過(guò)金屬3D打印技術(shù)來(lái)制造，這取決于磨床用戶的需求。

3D打印噴嘴

Studer 在研發(fā)3D打印的SmartJet噴嘴過(guò)程中與磨床用戶進(jìn)行了交流與討論，他們了解到，當(dāng)用戶將工件磨削到至精度達(dá)到十分之一微米時(shí)，希望冷卻液能夠準(zhǔn)確的噴到相應(yīng)位置，以確保最佳冷卻效果。

在零件磨削過(guò)程中，磨削砂輪和零件供應(yīng)噴嘴之間以及磨削區(qū)域之間將因摩擦而產(chǎn)生熱量，而此時(shí)是冷卻和潤(rùn)滑的關(guān)鍵。如果熱量處理不得當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致研磨處理器不穩(wěn)定，甚至是損壞正在磨削的零件，從而產(chǎn)生報(bào)廢。

3D打印SmartJet噴嘴的價(jià)值在于，可以在必要時(shí)準(zhǔn)確冷卻零件和磨削輪，并能夠在保證冷卻效果的前提下減少冷卻液的使用量，從而減少對(duì)于環(huán)境的影響和后續(xù)環(huán)保清潔的成本。

減少冷卻液壓件的湍流現(xiàn)象
冷卻液噴嘴只是機(jī)床冷卻系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，在流體進(jìn)入噴嘴之前，會(huì)通過(guò)一個(gè)回路，該回路包括一個(gè)液壓歧管，它的作用是引導(dǎo)系統(tǒng)中的流體流動(dòng)，并連接閥門、泵和致動(dòng)器。

通過(guò)傳統(tǒng)加工技術(shù)制造的液壓閥塊，內(nèi)部流體通道是通過(guò)銑削和鉆孔的方式實(shí)現(xiàn)的，在傳統(tǒng)液壓通道中，流體撞擊通道之間的連接區(qū)域時(shí)，湍流將導(dǎo)致大量的壓力損失和低效率。延伸閱讀：重量減輕80％，增材制造推動(dòng)液壓系統(tǒng)進(jìn)化的五大優(yōu)勢(shì)

利用3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜流體通道時(shí)的靈活性，磨床冷卻系統(tǒng)液壓歧管的設(shè)計(jì)可以得到進(jìn)一步優(yōu)化，減少湍流顯現(xiàn)帶來(lái)的效率損失。比如說(shuō)金屬3D打印技術(shù)可以制造方形橫截面的流體通道，而不是傳統(tǒng)的圓形流體通道，在相同的通道寬度下將湍流減少20％，在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的流量。此外，歧管通道可以通過(guò)粉末床熔融設(shè)備以增材制造的方式直接加工成形，不必從液壓閥塊外部進(jìn)行鉆孔加工并添加插頭。

Studer 3D打印冷卻系統(tǒng)液壓件采用了功能集成設(shè)計(jì)，零件數(shù)量由過(guò)去的5個(gè)減少至1個(gè)，這一設(shè)計(jì)上的改動(dòng)減少了磨床冷卻液壓系統(tǒng)裝配時(shí)的工作難度和工作量。

據(jù)了解，3D打印冷卻液噴嘴、冷卻系統(tǒng)液壓件只是Studer在磨床制造中應(yīng)用3D打印技術(shù)的開始。Studer 已經(jīng)成立了一個(gè)6人團(tuán)隊(duì)，專門負(fù)責(zé)利用增材制造技術(shù)改進(jìn)磨床設(shè)備的設(shè)計(jì)與性能，未來(lái)Studer 還將利用3D打印技術(shù)開發(fā)更多新的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更多創(chuàng)新的想法。

來(lái)源：3D科學(xué)谷