三家公司合力使用3D打印技術(shù)制作長(zhǎng)4.57米，寬2米的大型拉伸成型模具

南極熊導(dǎo)讀，3D打印的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢(shì)是控制材料的密度，從而控制它的硬度。這一因素確保了該技術(shù)不僅具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，而且還為零件提供了改進(jìn)的機(jī)械性能。此外，它是制造拉伸成型模具的良好替代品。生產(chǎn)成本只是標(biāo)準(zhǔn)金屬模具成本的一小部分，而且工藝背后的技術(shù)更簡(jiǎn)單。

2022年6月17日，南極熊獲悉，Spirit AeroSystems、 Techmer PM 和Thermwood Corporation，通過(guò)合作，共同創(chuàng)建了被認(rèn)為有史以來(lái)最大的3D打印拉伸成型模具，該工具長(zhǎng)4.57米，寬2米。對(duì)于該技術(shù)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，在多個(gè)方向上擴(kuò)展了該技術(shù)的能力。

△三家公司合力打印大型拉伸模具

眾所周知，碳纖維填充的聚碳酸酯，可提供足夠的強(qiáng)度以承受拉伸成型過(guò)程中使用的力。然而，與傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方法不同，Techmer PM混合了一種新的聚碳酸酯配方，除了碳纖維外，它還含有一種內(nèi)部潤(rùn)滑劑，無(wú)需任何額外的潤(rùn)滑步驟。

使用3D打印實(shí)現(xiàn)模塊化
該項(xiàng)目使用了Thermwood Corporation的LSAM 1020雙龍門架。雖然這臺(tái)機(jī)器配備了垂直分層打印，并且可以將工具打印成一個(gè)整體，但由于需要等待每個(gè)打印層足夠冷卻才能添加下一層，因此需要連續(xù)打印58小時(shí)才能生產(chǎn)一件工具。

相反，他們決定分四部分打印零件，一次打印兩個(gè)部分，總打印時(shí)間為29小時(shí)20分鐘，通過(guò)這種方法，它們將打印時(shí)間縮減一半。根據(jù)它們的說(shuō)法，3D打印這四個(gè)部件，共計(jì)需要3613磅Techmer PM的聚碳酸酯材料。

△左圖，四個(gè)打印模塊。中，裝配布局。右，初加工。

具體的施工過(guò)程
然后再對(duì)這四個(gè)模塊化的零件進(jìn)行加工和組裝。先將零件的所有表面（前工作表面除外）加工到位。每側(cè)中心的孔用于安裝重心支架，用于在組裝過(guò)程中處理零件。再將匹配的面加工成平面。除了略微凸起的凸臺(tái)，必須確保粘合劑預(yù)留適當(dāng)間隙。

△左圖，平面凸起以提供適當(dāng)?shù)恼澈蟿╅g隙。右圖，牽引螺栓加工區(qū)域

除了粘合劑之外，拉伸螺栓孔和槽被加工到拉伸成型工具零件的背面，這使得零件可以用螺栓固定在一起。對(duì)準(zhǔn)孔和埋頭孔加工到工具的中心部分。6英寸長(zhǎng)定位銷，不僅提供零件之間的定位，而且還提供額外的連接作用。

△左圖，對(duì)準(zhǔn)孔和埋頭孔。右圖，重型定位銷，提供另一個(gè)附著層

下一階段將位于前表面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的支架，用張緊的飛機(jī)鋼索進(jìn)行連接。最終，將大型拉伸成型工具的四個(gè)部分牢固地固定在一起。

然后組裝零件。每個(gè)部件都相對(duì)較重，并且由于粘合劑的時(shí)效相對(duì)較短，因此在組裝過(guò)程中用于涂抹粘合劑，并牢固地連接部件的時(shí)間有限。幾乎沒(méi)有容錯(cuò)空間，所以使用了Thermwood Corporation的LSAM垂直層打印技術(shù)。

△左圖，由張緊的鋼索代替綁帶。中，將粘合劑涂在分離的零件上。右圖，前表面測(cè)量精度在+/- 0.005英寸以內(nèi)。

最后需要手工仔細(xì)地安裝這些部件。在這之后，一個(gè)部件連接到機(jī)械工作臺(tái)，另一個(gè)連接到移動(dòng)垂直工作臺(tái)。然后，垂直臺(tái)驅(qū)動(dòng)器將零件分開(kāi)約20英寸，涂上膠粘劑后，將零件完美對(duì)齊。

盡管已經(jīng)完成這一壯舉，但對(duì)于整個(gè)測(cè)試來(lái)說(shuō)，這只是第一步，還需要進(jìn)行額外的測(cè)試，并收集更多數(shù)據(jù)。但它確實(shí)可以證明，使用當(dāng)前可用的材料和設(shè)備，可生產(chǎn)大型3D打印拉伸成型工具。