農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商Amazone希望使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備變得更加穩(wěn)定占航、耐用弯沥，并實(shí)現(xiàn)輕量化菱戒。在進(jìn)行新一代產(chǎn)品的研發(fā)和探索時(shí)拒徐，他們采用了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)和3DP 3D打印技術(shù)制造的砂模、砂芯來(lái)制造某款農(nóng)業(yè)機(jī)械的大型機(jī)架鑄件慧跋。讓我們通過(guò)Amazone 的農(nóng)機(jī)機(jī)架鑄件制造案例來(lái)了解一下3D打印技術(shù)在大型輕量化鑄件快速制造中體現(xiàn)出的價(jià)值莽每。

復(fù)雜輕量化鑄件快速制造解決方案

Amazone 是來(lái)自Hasbergen的德國(guó)家族企業(yè)。該公司生產(chǎn)的其中一類(lèi)產(chǎn)品是農(nóng)業(yè)機(jī)械上帶機(jī)架的緊湊型圓盤(pán)耙冠秉，是一種固定在拖拉機(jī)上的裝置残匈，用于淺層和強(qiáng)化土壤種植，工作時(shí)深度可達(dá)15厘米视事。機(jī)架的作用是將設(shè)備連接到軸上胆萧，使圓盤(pán)耙設(shè)備能夠被拖動(dòng)。

Amazone使用的上一代農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)架由幾個(gè)部分焊接而成俐东，重量為245千克跌穗，焊縫長(zhǎng)度為16.5米，其制造過(guò)程繁瑣虏辫。為了降低成本蚌吸，使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備更加穩(wěn)定和輕巧，Amazone決定使用輕量化的鑄件來(lái)替代上一代機(jī)架砌庄。

農(nóng)機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程（右圖為拓?fù)鋬?yōu)化的輕量化設(shè)計(jì)方案）

Amazone在設(shè)計(jì)新一代農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)架時(shí)羹唠，使用了Altair的拓?fù)鋬?yōu)化軟件Inspire，設(shè)計(jì)出了符合力學(xué)性能要求并適合鑄造的機(jī)架娄昆。拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)使材料分布在零件合理的部位佩微，使機(jī)架的鑄件相比上一代底盤(pán)重量減輕了45千克。在開(kāi)始進(jìn)行鑄件制造之前萌焰，金屬的鑄造過(guò)程還經(jīng)過(guò)了Inspire軟件的仿真模擬哺眯，這一過(guò)程能降低實(shí)際鑄造中產(chǎn)生氣孔等缺陷的風(fēng)險(xiǎn)并保證鑄件質(zhì)量。

Amazone公司表示篱瀑，新一代機(jī)架的設(shè)計(jì)方案使機(jī)架的使用壽命提高2.5倍止槽，相比上一代機(jī)架重量降低18%。3D打印技術(shù)在實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)和鑄件的快速制造方面發(fā)揮了重要作用送县。

實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)

Amazone 公司使用了voxeljet 公司的3D打印設(shè)備VX4000 來(lái)制造機(jī)架鑄造用的砂模揍久。在打印之初嫡服，voxeljet將CAD文件轉(zhuǎn)換為適合3D打印的格式，隨后操作人員將數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)中悄慨。該機(jī)架的鑄造砂模將被分為4個(gè)部分進(jìn)行打印饼痘。

砂模打印完成之后收谭，進(jìn)行清潔后處理和檢測(cè)车管。圖為4個(gè)砂模中的一個(gè)

打印開(kāi)始，刮板鋪設(shè)粉床（石英砂）旧败，打印頭以300dpi的分辨率進(jìn)行工作并按照數(shù)模幾何結(jié)構(gòu)有選擇性的噴射粘結(jié)劑还桶。每打印一層，成型平臺(tái)下降一個(gè)層厚暮孕，直到零件打印完成苛瞬。 voxeljet的VX4000打印機(jī)的成型尺寸可達(dá)4 x 2 x 1米。

4個(gè)3D打印砂模被組裝在一起

打印完成之后十偶，操作人員從設(shè)備中取出砂模菩鲜，并進(jìn)行后處理和組裝，處理完成的3D打印砂牡牖可以直接用于機(jī)架的鑄造接校。

鑄造過(guò)程：在砂模內(nèi)部，液態(tài)金屬最終固化

鑄造廠為鑄造模具進(jìn)行涂層狮崩，從而保護(hù)砂模不受到熱應(yīng)力的影響蛛勉。

鑄造廠的工作人員將鑄件從模具中取出，并經(jīng)過(guò)后續(xù)機(jī)械加工后睦柴，機(jī)架鑄件制造完成诽凌。

節(jié)省時(shí)間和成本

通常為這樣一個(gè)復(fù)雜的鑄件制造鑄造用的砂模是非常耗時(shí)、繁瑣的過(guò)程坦敌，因此在進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)時(shí)侣诵， 設(shè)計(jì)師就考慮使用voxeljet 的VX4000 3D打印設(shè)備直接進(jìn)行鑄件砂模的快速制造。這一制造工藝為鑄件制造節(jié)省了時(shí)間狱窘。

準(zhǔn)備交付使用的機(jī)架鑄件

此外杜顺，由于3D打印技術(shù)對(duì)于打印對(duì)象結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不敏感，在制造復(fù)雜砂模時(shí)牧稳，不會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品的復(fù)雜性的上升而使成本顯著上升茫绅。對(duì)于用傳統(tǒng)制造方式制造難度非常高的幾何結(jié)構(gòu)，3D打印設(shè)備甚至可以降低制造成本闰袒。

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