Ingersoll和 MELD合作開發(fā)超大型金屬3D打印機(jī)，打印零件尺寸將達(dá)到車輛大小

2022年6月19日，南極熊獲悉，美國陸軍DEVCOM-GVSC材料、增材制造（密歇根州沃倫市底特律兵工廠）的Norbert J. Kott在SME網(wǎng)站上發(fā)表文章稱，他們正在與LFAM 3D打印機(jī)制造商Ingersoll（隸屬Camozzi集團(tuán)）和位于弗吉尼亞州的MELD Manufacturing合作，開展打造無接口車輛的項目。該項目的目標(biāo)是開發(fā)一種超大型金屬3D打印機(jī)，能夠生產(chǎn)與整個車輛一樣大的部件。

無接口車輛項目的目標(biāo)是制造出更少焊接點的車體，從而直接提高車身整體的抗攻擊性。鍛造、成型和焊接等傳統(tǒng)的制造工藝并不能很好地滿足車輛項目的需求。另一方面，增材制造（AM）技術(shù)在材料加工和靈活制造方面提供了新的機(jī)會，為生產(chǎn)新的車輛概念提供了一個全新的途徑。

Kott在文章中指出："增材制造系統(tǒng)創(chuàng)建大型金屬部件的能力，如整個車體，仍處于起步階段。一些金屬增材制造能力已經(jīng)被證明有尺寸限制，只能在一個平面或軸向上實現(xiàn)大尺寸成形。商業(yè)上現(xiàn)有的金屬增材制造系統(tǒng)的最大構(gòu)建量通�？梢赃_(dá)到1x1x1m，這已經(jīng)可以實現(xiàn)許多應(yīng)用機(jī)會。"

可實現(xiàn)大尺寸成形的打印系統(tǒng)包括Sciaky的EBAM機(jī)器和DMG Mori和Trumpf等公司的大型DED系統(tǒng)。這些打印系統(tǒng)可以生產(chǎn)大型部件，但成本仍然很高，因為它們是以金屬粉末為原料的。打印大型零件需要大量的材料，并且過程中的原料處理是另一個主要考慮因素。雖然粉末（或吹粉）定向能沉積系統(tǒng)已經(jīng)證明有能力擴(kuò)展到一些較大的尺寸，但基于粉床的技術(shù)還沒有。盡管這些技術(shù)的開發(fā)正在進(jìn)行中，但與處理和加工金屬粉末有關(guān)的固有挑戰(zhàn)仍然存在，并將在系統(tǒng)擴(kuò)展到更大尺寸時被放大。近年來，其他大面積增材制造（AM）系統(tǒng)（長度達(dá)7米）已被展示，最突出的是用于加工聚合物和纖維增強材料，因此主要限于工具件應(yīng)用。

Kott總結(jié)道："需要將現(xiàn)有的技術(shù)和機(jī)器能力擴(kuò)展到更大的平臺，使其具有進(jìn)入廣泛的大規(guī)模應(yīng)用的通用能力，特別是在金屬方面。"

ASTRO美國公司、ALMII和美國陸軍DEVCOM-GVSC正在合作開展無接縫車體項目，這個贊助項目將為美國陸軍石島兵工廠開發(fā)一個大型金屬AM系統(tǒng)，促進(jìn)大型金屬部件在陸軍地面車輛中更為普遍的應(yīng)用。該計劃的愿景是將歷史上在各行業(yè)得到驗證的大型機(jī)床與增材制造技術(shù)相結(jié)合，以減少生產(chǎn)周期。由此產(chǎn)生的能力將使金屬增材制造達(dá)到以前從未見過或無法獲得的規(guī)模，不僅用于地面車輛系統(tǒng)，而且用于所有大型應(yīng)用。打印這種大型金屬部件的能力將開辟新的應(yīng)用，擴(kuò)大增材制造工藝的用途。

無接縫車體項目將創(chuàng)建并交付兩臺不同的機(jī)器。第一臺機(jī)器將能夠打印和加工尺寸達(dá)1x1x1m的零件。這臺機(jī)器將用于工藝開發(fā)、打印策略和打印路徑規(guī)劃，用于打印尺寸達(dá)到機(jī)器極限的部件。第二臺尺寸更大的機(jī)器將能夠在其10x6.5x4m的構(gòu)建體積（長x寬x高）內(nèi)打印和加工零件，這將是公開可用的最大的金屬AM系統(tǒng)。

英格索爾和MELD正在開發(fā)用于車輛尺寸部件的金屬3D打印機(jī)，與美國陸軍合作開展無接口車體項目。這款大型系統(tǒng)的基本架構(gòu)將由英格索爾機(jī)床（隸屬于康茂盛集團(tuán)）提供，該公司已經(jīng)開發(fā)了目前市場上最大的復(fù)合材料AM系統(tǒng)。英格索爾使用西門子的組件和軟件來運行其巨型龍門系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以生產(chǎn)長達(dá)7米的零件。西門子團(tuán)隊也被選中參與該計劃，其重點是多軸、基于CNC的應(yīng)用和過程模擬。

MELD制造公司是MELD工藝（也被稱為增材攪拌摩擦沉積）的開發(fā)者，正在生產(chǎn)和交付沉積系統(tǒng)，這些系統(tǒng)將實現(xiàn)這些大型金屬AM機(jī)器的增材部分。他們的專利加工技術(shù)是在固態(tài)工藝中利用了鍛造原料材料，依靠嚴(yán)重的塑性變形將材料沉積在沉積點上。

△增材制造攪拌摩擦沉積技術(shù)。照片來自MELD制造公司。

對于無接口車體項目，考慮了所有商業(yè)上可用的金屬增材制造技術(shù)。該大型機(jī)器被配置為橫移式龍門機(jī)器，金屬打印和加工工具直接安裝在一個軸上（Z方向）。這種配置適合處理大型、（重型）金屬部件，并允許靈活操縱制造方法。

MELD制造公司開發(fā)的獨特的基于摩擦攪拌的增材制造工藝被認(rèn)為是最有希望滿足、大型系統(tǒng)的尺寸和材料要求。該方法采用了一個空心的旋轉(zhuǎn)軸，材料通過軸被送入并沉積在基體上。這種方法涉及的AM方法溫度較低，以減少過程中產(chǎn)生的應(yīng)力和堆積。

MELD工藝是一種固態(tài)增材制造（AM）技術(shù)，用于在低于熔點的溫度下沉積和加工材料。由于MELD制造的部件是完全致密的，因此不需要二次加工來消除體積缺陷，如空隙或孔隙。該系統(tǒng)不需要專門的室，因為材料是在低于熔點的溫度下打印的。未開發(fā)的下一代材料可以提供更好的性能。

無接口車體項目的最終目標(biāo)是開發(fā)一個能夠快速制造大型金屬結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，促進(jìn)金屬材料更廣泛的應(yīng)用。位于密歇根州底特律的美國輕質(zhì)材料制造創(chuàng)新研究所（ALMII）對該項目做出了貢獻(xiàn)。