復(fù)雜鋁制工具：增材制造讓一切皆有可能

南極熊導(dǎo)讀：在工業(yè)生產(chǎn)的每個(gè)角落，合適的工具是讓工作事半功倍的關(guān)鍵之一。困擾工程師的問題是，其中一些工具無法通過傳統(tǒng)的加工手段制備。增材制造在這個(gè)時(shí)候就展現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì)，這些工具通過簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)優(yōu)化后即可用增材制造實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

Any-Shape是通過增材制造技術(shù)為這些特殊需求的客戶提供專用工具的專家，其工程部門借助增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了航空航天專用鋁制工具的制造。受之前制造工藝的限制，舊版鋁制工具內(nèi)表面只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的壓花。而新的工具設(shè)計(jì)需要復(fù)雜的內(nèi)部表面，顯然這一要求無法通過傳統(tǒng)方式進(jìn)行機(jī)加工，因此，Any-Shape決定利用EOS M 290來制造該工具。

精密鋁制工具：具有復(fù)雜的壓花內(nèi)表面，同時(shí)滿足對(duì)表面粗糙度和精度的嚴(yán)苛要求

面臨的挑戰(zhàn)
客戶需要能在內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜壓花的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)機(jī)加工方法無法實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)，因?yàn)榈毒邿o法到達(dá)這些內(nèi)表面。
此外，在技術(shù)要求內(nèi)，對(duì)精度和表面粗糙度要求很高：
•非加工內(nèi)表面的表面粗糙度為3.7 +/-0.5 μm Ra
•最終裝配時(shí)的高尺寸精度（控制點(diǎn)位置0.05 mm，內(nèi)表面公差+/- 0.1 mm）

另外兩項(xiàng)挑戰(zhàn)：
•工具必須盡可能輕，以便操作人員在使用過程中更方便地操作
•由于EOS M 290的構(gòu)造尺寸限制，在增材制造后必須進(jìn)行連接部件的組裝集成

憑借多年的增材制造經(jīng)驗(yàn)，Any-Shape有信心滿足這些苛刻的要求。該公司對(duì)增材制造設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及后處理有著非常深入的了解，能夠輕松地將需求轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)功能。使用EOS M 290系統(tǒng)、獨(dú)特的EOS鋁合金材料和工藝，Any-Shape具備滿足這種復(fù)雜工具的設(shè)計(jì)和技術(shù)要求、生產(chǎn)和后處理能力的所有技能，并且能按時(shí)交付最終產(chǎn)品。

解決方案
Any-Shape制定了完整的增材制造方案，以便同時(shí)應(yīng)對(duì)所有挑戰(zhàn)，包括技術(shù)和人體工程學(xué)。必須考慮增材制造本身的所有參數(shù)，以及后續(xù)進(jìn)行的裝配操作。

第一步采取的行動(dòng)之一是定位好內(nèi)表面在正確合適的角度以優(yōu)化表面粗糙度。此定位位置決定了后續(xù)如何在零部件下方擺放支撐部件。
由于上述位置的約束，還必須密切監(jiān)測(cè)“收縮線”?？拷q接區(qū)域的設(shè)計(jì)進(jìn)行略微修改，以允許更平滑的區(qū)域過渡，消除收縮線。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是規(guī)劃切割和組裝方案，在方案設(shè)計(jì)時(shí)：
•保留一個(gè)平移自由度以實(shí)現(xiàn)裝配，由于對(duì)表面精度的嚴(yán)格要求，該裝配必須完全吻合。
•粘合區(qū)域滿足需要的剪切強(qiáng)度
•由于制造設(shè)計(jì)中集成了墊片，粘合線厚度確保在0.2 mm

最后，設(shè)計(jì)中需要考慮一些參考位置，以便之后的裝夾和機(jī)加工。

打印的內(nèi)表面壓花平均粗糙度為4 μm Ra（細(xì)節(jié)）

（圖片來源：Any-Shape）

成果
憑借Any-Shape的3D打印專業(yè)知識(shí)及其制造策略，不同的零部件成功完成打印、后加工、重新組裝并成功通過質(zhì)量控制。零部件主體通過噴砂進(jìn)行表面處理，內(nèi)表面粗糙度達(dá)4 μm Ra，滿足客戶要求。

質(zhì)量控制基于零部件的初始設(shè)計(jì)。尺寸滿足公差要求。經(jīng)過后處理的零部件表面精度在每個(gè)鉸接臂內(nèi)表面上達(dá)到+/- 0.1mm，在最終工具上達(dá)到+/- 0.2mm。最后一步組裝時(shí)，在關(guān)節(jié)處切割和重新組裝的接觸面處都沒有觀察到偏差跳躍。

利用3D打印的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，Any-Shape能夠跨越傳統(tǒng)制造和加工的極限創(chuàng)造出獨(dú)特的工具。結(jié)合Any-Shape的專業(yè)技能和EOS成熟的增材制造技術(shù)，團(tuán)隊(duì)可以在很短時(shí)間內(nèi)快速交付一個(gè)非常復(fù)雜的項(xiàng)目。