有了渦輪增壓器，從從3D打印機(jī)到900馬力

車(chē)輛技術(shù)制造商Lütgemeier利用voxeljet的VX1000 3D打印系統(tǒng)提高了靈活性和生產(chǎn)力，為汽車(chē)改裝商Brabus供貨。

為了能夠更快、更有成本效益地生產(chǎn)金屬鑄造的砂型，車(chē)輛技術(shù)制造商Lütgemeier GmbH依靠voxeljet的VX1000打印系統(tǒng)。該3D打印系統(tǒng)不僅加快了特殊部件的生產(chǎn)，這些部件被用于德國(guó)著名制造商的賽車(chē)等。它還為設(shè)計(jì)師提供了全新的生產(chǎn)范圍。因?yàn)関oxeljet的工業(yè)3D打印機(jī)在生產(chǎn)復(fù)雜部件時(shí)可以節(jié)省高達(dá)60%的時(shí)間。

現(xiàn)代賽車(chē)或性能增強(qiáng)的豪華車(chē)在公路上的功率高達(dá)900馬力，從0到100公里/小時(shí)的加速時(shí)間不到4秒。但他們之所以能做到這一點(diǎn)，是因?yàn)樵谝嫔w下有一組特殊的部件在工作–包括特別適應(yīng)的壓縮機(jī)外殼、變速箱、渦輪增壓器、油泵和節(jié)氣門(mén)蓋。

它們由專(zhuān)業(yè)制造商制造，如比勒費(fèi)爾德附近的斯坦哈根（Steinhagen）的Lütgemeier GmbH。該公司30多年來(lái)一直為著名的汽車(chē)制造商（如來(lái)自博特羅普的汽車(chē)改裝商BRABUS）生產(chǎn)汽車(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，其白色的運(yùn)動(dòng)型商業(yè)大樓從遠(yuǎn)處就能辨認(rèn)出來(lái)，因?yàn)樗幸粋€(gè)紅白相間的路標(biāo)。

我們的公司可以處理整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。從設(shè)計(jì)到鑄造和精加工，再到裝配和質(zhì)量保證，一切都發(fā)生在Lütgemeier GmbH。

Jochen Hülsmann, 總經(jīng)理Lütgemeier GmbH

挑戰(zhàn)：在汽車(chē)工業(yè)中，要求以及部件的幾何形狀正變得越來(lái)越復(fù)雜。因此，液體金屬形成部件形狀的模具生產(chǎn)正變得更加成本和時(shí)間密集–除其他外，因?yàn)闉榇诵枰獜?fù)雜的特殊工具的生產(chǎn)。為了仍然能夠保證客戶(hù)的靈活性和較短的交貨時(shí)間，Lütgemeier的總經(jīng)理Hülsmann開(kāi)始尋找自動(dòng)化解決方案。他在voxeljet找到了他想要的東西，這是一家總部位于奧格斯堡附近的弗里德堡的工業(yè)3D打印系統(tǒng)制造商。Hülsmann投資了VX1000 PDB (Phenolic-Direct-Binding)，這是一個(gè)用于工業(yè)應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)3D打印系統(tǒng)。它在德國(guó)開(kāi)發(fā)和制造，尺寸為2,800 x 2,400 x 2,300毫米，重量為3.5噸。”Hülsmann說(shuō)：”在對(duì)voxeljet服務(wù)中心的打印模具有了專(zhuān)門(mén)的良好經(jīng)驗(yàn)后，我們決定投資自己的3D打印系統(tǒng)。”而且VX1000的打印效果非?？煽?#8221;。目前Lütgemeier公司的機(jī)器利用率達(dá)到了100%。在需求極其旺盛的高峰期，Lütgemeier公司繼續(xù)使用弗里德伯格/巴伐利亞的成熟的voxeljet服務(wù)來(lái)滿(mǎn)足對(duì)3D打印部件的需求。

3D打印系統(tǒng)無(wú)需特殊工具即可生產(chǎn)模具

VX1000實(shí)現(xiàn)了砂型鑄造模具的自動(dòng)化生產(chǎn)。用戶(hù)將CAD文件，即砂型鑄造模具的數(shù)字結(jié)構(gòu)圖，加載到3D打印系統(tǒng)中。然后，所謂的重涂機(jī)在1,000 x 600 x 500毫米的建筑平臺(tái)上鋪上300微米厚的石英砂層。然后，打印頭將酚醛樹(shù)脂粘合劑涂抹在要制作的模具上。一個(gè)移動(dòng)的紅外燈在施工區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，以加速粘合劑的硬化。接下來(lái)，構(gòu)建平臺(tái)降低一層厚度，這個(gè)過(guò)程再次開(kāi)始–直到模具完成。

“Hülsmann說(shuō)：”粘結(jié)劑噴射是自動(dòng)化生產(chǎn)砂模的唯一成熟和經(jīng)濟(jì)的工藝。印刷完成后，一名員工拿著完成的模具，用壓縮空氣或刷子清除多余的石英砂。但是，Lütgemeier GmbH公司不僅鑄造鋁等輕質(zhì)合金，而且還自己鑄造高耐熱鋼，而不是將這種模具交給鑄造廠，這樣又會(huì)花費(fèi)時(shí)間。車(chē)輛技術(shù)員也可以在內(nèi)部進(jìn)行部件的完整整理。為此，有幾臺(tái)五軸銑床以及車(chē)床和幾臺(tái)測(cè)量機(jī)可供選擇。通過(guò)這種方式，Lütgemeier GmbH公司設(shè)法生產(chǎn)出最佳的部件，而不會(huì)因?yàn)橹虚g的停頓而拖累供應(yīng)鏈。

這個(gè)過(guò)程優(yōu)化的效率通過(guò)一個(gè)實(shí)際的例子來(lái)說(shuō)明。位于博特羅普的BRABUS公司40多年來(lái)一直專(zhuān)注于梅賽德斯-奔馳汽車(chē)的改進(jìn)工作。其中，BRABUS在梅賽德斯-AMG G 65的基礎(chǔ)上創(chuàng)造了BRABUS G900。安裝在它身上的V12雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可提供令人難以置信的900馬力，使G型車(chē)在3.9秒內(nèi)加速到100公里/小時(shí)。這就是越野車(chē)的跑車(chē)水平。這是由引擎的性能優(yōu)化實(shí)現(xiàn)的。來(lái)自Lütgemeier的特殊渦輪增壓器與擴(kuò)大的壓縮機(jī)外殼為這一巨大的動(dòng)力增長(zhǎng)做出了貢獻(xiàn)。

在生產(chǎn)復(fù)雜的砂型鑄造模具時(shí)可節(jié)省60％的時(shí)間

Hülsmann對(duì)3D打印系統(tǒng)的投資深信不疑。畢竟，節(jié)省的時(shí)間是巨大的。”Hülsmann說(shuō)：”由于這個(gè)印刷系統(tǒng)以及完整的 “內(nèi)部 “后處理，直到質(zhì)量保證，我們能夠在生產(chǎn)復(fù)雜和高質(zhì)量的砂型鑄造模具時(shí)節(jié)省高達(dá)60%的時(shí)間。自動(dòng)化既保證了靈活性和生產(chǎn)力的提高，也最終保證了客戶(hù)的高度滿(mǎn)意，他們比以往任何時(shí)候都更快地拿到了部件。”成品鑄件的供應(yīng)速度更快，而且根據(jù)客戶(hù)的愿望，我們可以投入更多的時(shí)間對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行再加工和優(yōu)化。或者僅僅是更快地交付，”Hülsmann繼續(xù)說(shuō)。

在BRABUS，這一優(yōu)勢(shì)得到了很好的體現(xiàn)：”提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是非常耗費(fèi)時(shí)間和成本的。其目的是優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)，使其在有限的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)發(fā)揮最大性能。這就是3D打印的完美之處。BRABUS的技術(shù)和開(kāi)發(fā)總監(jiān)J?rn Gander說(shuō)：”逐層結(jié)構(gòu)使我們能夠設(shè)計(jì)出用傳統(tǒng)方法無(wú)法生產(chǎn)的幾何形狀和部件。

與Lütgemeier合作的特點(diǎn)首先是快速交付有質(zhì)量保證和優(yōu)化的部件。我們?yōu)樽约菏∪チ撕笃谔幚淼墓ぷ?，可以直接安裝零件。這對(duì)我們的發(fā)展和我們的裝配至關(guān)重要，并確保我們?cè)诟?jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

約恩-甘德，技術(shù)與開(kāi)發(fā)部主任勃拉姆斯（BRABUS）公司

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是：制造砂型鑄造模具的成本下降了。”voxeljet公司歐洲、中東和非洲地區(qū)銷(xiāo)售經(jīng)理Matthias Steinbusch說(shuō)：”對(duì)于復(fù)雜的部件，由于不存在模具成本，在考慮到一定批量以?xún)?nèi)的總成本時(shí)，3D打印總是比傳統(tǒng)方法便宜。”批量越小，伏羲噴射技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)就越大”。這也為BRABUS公司提供了機(jī)會(huì)。G900模型在這個(gè)世界上總共只存在10次。3D打印確保生產(chǎn)的最大經(jīng)濟(jì)效率的批量大小。

300 dpi的分辨率：3D打印實(shí)現(xiàn)了絲狀的幾何形狀

酚醛的直接結(jié)合也使新的設(shè)計(jì)成為可能。”與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比，設(shè)計(jì)自由度受到的限制要少得多。設(shè)計(jì)師不必注意拔模角度、分切線(xiàn)或底切，甚至可以實(shí)現(xiàn)最細(xì)微的內(nèi)部幾何形狀，”voxeljet銷(xiāo)售經(jīng)理Steinbusch說(shuō)。VX1000的工業(yè)壓電打印頭系統(tǒng)的工作分辨率高達(dá)300dpi。無(wú)膠石英砂在PDB工藝中也是百分之百可回收的，可以再次用于下一次印刷。另一個(gè)成本節(jié)約。

但是，3D打印的砂型鑄造模具是否真的足夠穩(wěn)定，能夠承受金屬流入時(shí)的高鑄造壓力？Steinbusch：”如果你用呋喃樹(shù)脂打印非常細(xì)密的鑄造模具，往往存在模具在鑄造過(guò)程中破裂的風(fēng)險(xiǎn)”。另一方面，酚醛樹(shù)脂作為粘合劑，使得來(lái)自3D打印系統(tǒng)的模具和經(jīng)典的模具制造在穩(wěn)定性方面達(dá)到了更高的水平。

在分層過(guò)程中可以達(dá)到的彎曲強(qiáng)度，可調(diào)值在300到800N/cm2之間，處于傳統(tǒng)制造的芯材的強(qiáng)度范圍。因此，3D打印的模具足夠穩(wěn)定，能夠可靠地承受金屬鑄件的壓力--即使是絲狀的液壓部件。

Matthias Steinbusch, 歐洲、中東和非洲地區(qū)銷(xiāo)售經(jīng)理voxeljet AG

Hülsmann對(duì)3D打印系統(tǒng)的可靠性深信不疑，現(xiàn)在正計(jì)劃擴(kuò)大規(guī)模。今后，他不僅要為汽車(chē)制造商提供服務(wù)，還要為機(jī)器制造商提供服務(wù)。還有什么應(yīng)該阻擋這一點(diǎn)呢？