3D打印在逆向工程中的應(yīng)用從發(fā)動(dòng)機(jī)大修到維修

在老爺車(chē)領(lǐng)域，越來(lái)越多的備件正在使用現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)與3D打印技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行無(wú)工具生產(chǎn)。我們的 “粘合劑噴射 “工藝具有決定性的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的生產(chǎn)–特別是單個(gè)零件的生產(chǎn)–往往需要太長(zhǎng)的時(shí)間，并導(dǎo)致高成本。

在掃描和打印技術(shù)的幫助下，可以快速、低成本地重新生產(chǎn)備件。voxeljet為老爺車(chē)愛(ài)好者提供鑄造備件，并為賽車(chē)制造個(gè)性化零件。? 汽車(chē)客戶也能從快速制造中受益：這里的獨(dú)家特殊系列生產(chǎn)速度快、成本低。

六缸HISPANO電機(jī)的逆向工程

法國(guó)的一家在尼斯的小公司LF Ingénierie的 Carrosserie Lecoq要求使舊的成為新的。汽車(chē)修復(fù)領(lǐng)域的專(zhuān)家要求在短短幾個(gè)月內(nèi)重建一個(gè)1933年的Hispano Suiza K6鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。經(jīng)過(guò)多年的磨損和在修復(fù)過(guò)程中引起的損壞，六缸鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體已無(wú)法再被解救。尤其是最后一次將磨損的發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)焊接重新恢復(fù)功能的嘗試使此發(fā)動(dòng)機(jī)更受損。唯一的解決方案是使用熔蠟工藝重新構(gòu)造此發(fā)動(dòng)機(jī)。

第一步：LF Ingénierie的Alpha Camara 說(shuō)： ”使用SolidWorks制定發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的CAD模型。”之后通過(guò)溶蠟方法的特殊元素完善此3維模型，由發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和細(xì)分表面的“閱讀”確認(rèn)核心的受損區(qū)域和痕跡。兩個(gè)星期之 – 每天15小時(shí)的工作量 – 此將要鑄蠟的限量模型完成。法國(guó)的voxeljet是快速打造樣本的專(zhuān)家，并在48小時(shí)內(nèi)完成了此模型，之后馬上送于鎧裝和澆鑄的鑄造廠。

幾天后，此毛坯部件在LF Ingénierie的廠房被加工。Alpha Camara在鑄造時(shí)已為后續(xù)工作制定了制造文件。此專(zhuān)家為此使用了一個(gè)小招數(shù)，他說(shuō)：“我使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，通過(guò)HSMWorks可輕松的加工。”

在該六缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的加工過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)下部的外殼部分被拋光。Alpha Camara訴說(shuō)：“從下單到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的完成一共三個(gè)月。正好可以將其在2月的巴黎老爺車(chē)展Rétromobile與被修復(fù)的Hispano一起展示。

讓保時(shí)捷重獲新生，3D打印重建氣缸蓋

保時(shí)捷傳奇系列的Spinder 550、904和Carrera 356汽車(chē)的車(chē)主感覺(jué)自己是汽車(chē)歷史上的一個(gè)部分，因?yàn)檫@些車(chē)型都經(jīng)歷過(guò)升值。356汽車(chē)的總產(chǎn)量超過(guò)78000輛，其中1/2的356在今天仍然可以使用。然而，當(dāng)超過(guò)使用壽命的發(fā)動(dòng)機(jī)不能再開(kāi)動(dòng)的時(shí)候，車(chē)子的價(jià)值就直線下降了。在氣缸蓋損壞無(wú)法修補(bǔ)的情況下，唯一的補(bǔ)救辦法是重建氣缸蓋或通過(guò)逆向工程來(lái)生產(chǎn)一個(gè)新的與原來(lái)設(shè)計(jì)完全一樣的氣缸蓋，不管是重新設(shè)計(jì)還是逆向工程，3D打印都是高效可行的方式。

在本次案例中，且看voxeljet維捷如何通過(guò)3D打印砂芯為保時(shí)捷重建氣缸蓋。德國(guó)Retro-Design 3D GmbH公司接受了為保時(shí)捷重建氣缸蓋的挑戰(zhàn)，而原來(lái)的砂芯生產(chǎn)工藝由于成本太高的原因不能采用，唯一的辦法是通過(guò)3D打印的方式來(lái)生產(chǎn)砂芯。對(duì)于每一個(gè)設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，重構(gòu)復(fù)雜的組件是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，圖紙是不可用的，氣缸蓋的重新設(shè)計(jì)優(yōu)化是個(gè)探索過(guò)程，并且設(shè)計(jì)必須要了解零件設(shè)計(jì)的修改對(duì)氣缸的性能會(huì)帶來(lái)怎樣的影響，尤其在氣門(mén)座，噴油部位和凸輪軸部位需要考慮設(shè)計(jì)改變的每個(gè)細(xì)節(jié)將會(huì)對(duì)性能帶來(lái)的作用。

氣門(mén)導(dǎo)管、座圈、凸輪軸軸承、進(jìn)氣和排氣管道、氣缸蓋螺釘?shù)缺仨毻ㄟ^(guò)三維的方式精確建模出來(lái)。不僅如此，還需要考慮后期金屬鑄造的要求，從鑄造的角度增加技術(shù)指標(biāo)，如斜角和圓角等。Retro-Design 3D GmbH公司先是三維掃描保時(shí)捷Carrera 356的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋，然后通過(guò)CATIA V5來(lái)進(jìn)行建模，在建模工作完成后通過(guò)鑄造仿真軟件進(jìn)行鑄造過(guò)程的模擬。隨后，Retro-Design 3D GmbH公司將3D打印十一個(gè)砂芯的整個(gè)核心包訂單發(fā)送到位于Friedberg的voxeljet服務(wù)中心。通過(guò)voxeljet打印機(jī)出色的打印質(zhì)量，勾勒出2mm薄壁冷卻肋結(jié)構(gòu)，且內(nèi)芯和外芯在3D打印過(guò)程中無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)。

經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)：砂模和砂芯印逐層打印，無(wú)需復(fù)雜且昂貴的生產(chǎn)工具。

大幅面打印：大型模具可在成形尺寸達(dá)4,000 x 2,000 x 1,000 mm 的平臺(tái)上進(jìn)行打印。

快速可用性：最快僅需3個(gè)工作日即可交貨。

復(fù)雜的組件：幾乎任意的幾何形狀，凹形底亦可以實(shí)現(xiàn)。

精密砂模芯和高表面質(zhì)量：?jiǎn)螌邮⑸昂穸葹?00微米。

常用的鑄造材料：石英砂和呋喃樹(shù)脂。

適于所有金屬的鑄造：例如鋁，黃銅，鎂，鐵和鋼鑄造以及所有常見(jiàn)的合金。

可能的組合：3D打印砂芯可以與傳統(tǒng)的砂模組合，反之亦然。

易于取出砂芯：由于固化劑含量較低，除氣和取芯難度和傳統(tǒng)工藝相仿。

理想的樣機(jī)制造和零件優(yōu)化：使用3D打印可以快速、靈活、經(jīng)濟(jì)地開(kāi)發(fā)和優(yōu)化零件。

最終的金屬鑄件是由一個(gè)專(zhuān)門(mén)的鑄造廠完成的。熱等靜壓（HIP）處理帶來(lái)了發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋機(jī)械性能的很大的提升，并且減少了毛刺。經(jīng)過(guò)T6固溶處理，水冷到室溫，然后再重新加熱進(jìn)行時(shí)效處理，使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，使得氣缸蓋的強(qiáng)度極限得到升級(jí)，然后通過(guò)五軸加工中心完成了鋁合金氣缸蓋的最后精加工。