在路虎BAR帆船隊技術(shù)創(chuàng )新小組 (TIG) 的支持下，增材制造（3D打?。┘夹g(shù) — 和許多其他尖端技術(shù)如人工智能、大數據分析等一樣 — 已融入到船隊的日常工作中。在本案例中，TIG一方面與生產(chǎn)金屬增材制造設備的全球測量專(zhuān)家雷尼紹公司攜手合作，另一方面使用其更為熟悉的塑料3D打印技術(shù)，結合各自的優(yōu)點(diǎn)來(lái)制作零件原型。

來(lái)自PA Consulting公司的TIG項目經(jīng)理George Sykes評價(jià)說(shuō)：“在團隊內部，我們分三種不同的級別來(lái)應用3D打印技術(shù)。最簡(jiǎn)單的一種是原型制作和可視化工具。當需要生產(chǎn)大批量的定制零件時(shí)，在確定最終成品之前，我們可以在內部首先利用3D打印技術(shù)制作出全尺寸原型?！?/p>

路虎BAR帆船隊的設計室內配有3D打印機，只需點(diǎn)擊幾下鼠標，工程師就能用塑料真實(shí)制作出設計師所構想的幾乎所有模型。

“這種制作原型的方法非常有助于我們研發(fā)某些新零件，”路虎BAR帆船隊首席技術(shù)官Andy Claughton說(shuō)，“我們能夠真實(shí)觸摸到這些零件原形，將它們安裝到帆船上，或與系統中的其他部件相連接，這令我們能夠找出潛在問(wèn)題，完善設計，最終投入成品生產(chǎn)?！?/p>

船隊擁有一家裝備齊全的傳統加工車(chē)間，同時(shí)還擁有一個(gè)復合材料研究團隊。利用這些資源，船隊幾乎可以制作出想要的所有零件，但是如果能夠使用3D打印技術(shù)制作零件成品，那么他們毫無(wú)疑問(wèn)會(huì )選擇3D打印。這種方式的一大優(yōu)勢便是可以大幅度地降低成本。

船首斜桅的端蓋就是一個(gè)很好的例子。它的形狀比較復雜，設計用于減少空氣阻力。該零件很適合通過(guò)塑料3D打印技術(shù)制作，因為零件上沒(méi)有載荷，且一艘帆船上只需一個(gè)這樣的零件。在過(guò)去的很長(cháng)一段時(shí)間里，這個(gè)定制的端蓋零件一直是用碳纖維材料制成的，然而其制作過(guò)程耗時(shí)且需要豐富經(jīng)驗，因此零件成本較高。如今，一旦設計出新的端蓋模型，船隊在數小時(shí)內便可將其生產(chǎn)出來(lái)，且僅需花費幾英鎊。

“但是，我們最高級別的3D打印應用則是雷尼紹提供的金屬增材制造技術(shù)，”Sykes補充道，“用金屬制造定制零件是3D打印技術(shù)中最前沿的領(lǐng)域?！?/p>

金屬3D打印通過(guò)像紙一樣薄的精細金屬粉末層來(lái)制造零件，每個(gè)薄層的厚度通常僅為0.05 mm，而這些金屬粉末的稠度則與玉米淀粉類(lèi)似。增材制造系統在充滿(mǎn)氬氣的惰性環(huán)境中工作 — 這如同燈泡中的環(huán)境；系統加熱金屬粉末使其熔化，但不會(huì )使其燃燒或與空氣中的氧氣或雜質(zhì)發(fā)生反應。利用激光束進(jìn)行加熱，通過(guò)由軟件控制的光學(xué)鏡組引導激光束，聚集熱量以精確熔融所需的加工區域。

路虎BAR帆船隊最早采用該技術(shù)制作的零件是一個(gè)定制的滑輪外殼，用于活動(dòng)披水板吊索內的滑輪。該零件要承載較高的壓縮載荷，且需具有良好的耐磨性，因此金屬是理想的選擇。所有高強度金屬的密度（單位體積的重量）都比碳纖維要大，因此為了減輕重量，零件最終采用了空心設計。除了增材制造技術(shù)，任何其他方法都難以制造出此類(lèi)零件。

“增材制造技術(shù)在零件減重和增效方面具有非常驚人的潛力，”Andy Claughton解釋說(shuō)，“舉個(gè)例子，我們曾在液壓系統上花費了很多心思。在3D打印出現之前，該系統的所有零件都是通過(guò)切削實(shí)心金屬料坯來(lái)制造的。使用切削法加工出的零件形狀十分有限，這一方面限制了設計自由，另一方面也限制了零件的效能。

“例如，液壓流體并不‘喜歡’流過(guò)那些尖銳的彎角，如果必須這樣設計的話(huà)，將會(huì )帶來(lái)能量的損失。如果采用傳統制造技術(shù)，這可能是零件的唯一設計方式，但是有了增材制造技術(shù)后，便可加工出內含光滑圓角的零件，這將大大提高流體傳輸的效率。

“除了提升零件效能，我們現在還可以制造出更加輕巧的零件，因為我們僅需在必要位置添加材料。過(guò)去，利用車(chē)床或其他切削機床，我們能夠加工出的零件幾何形狀存在許多限制，這意味著(zhù)我們可能無(wú)法去除某些不必要的材料，而我們的帆船也不得不帶著(zhù)這些多余的重量航行。這些以后都不會(huì )成為問(wèn)題了?！?/p>

雷尼紹為其帆船的液壓系統生產(chǎn)了多個(gè)關(guān)鍵零件，但是船隊不愿透露過(guò)多的設計細節，據說(shuō)新的AM歧管設計重量減少了60%，而效能則提升超過(guò)20%。

雷尼紹增材制造產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)工程師David Ewing說(shuō)：“與路虎BAR的合作有助于提高我們的增材制造技術(shù)水平。增材制造包含一整套復雜的制造方案，涵蓋從零件設計到工藝流程等方方面面的專(zhuān)業(yè)知識。最好的應用是使用最少的材料來(lái)達到設計要求，產(chǎn)品具有實(shí)用的功能性?xún)?yōu)點(diǎn)，且應在設計時(shí)便已將制造方法考慮在內。我們?yōu)槁坊AR生產(chǎn)的液壓系統零件就是一個(gè)完美的例子?！?/p>

“雷尼紹在這場(chǎng)面向制造業(yè)未來(lái)的競爭中處于最前列，他們利用自身的優(yōu)勢為我們提供了實(shí)實(shí)在在的幫助。這項技術(shù)將在我們的制造理念中扎根，并且它將在未來(lái)的制造流程中發(fā)揮越來(lái)越大的作用?！盇ndy Claughton總結道。

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關(guān)于雷尼紹

雷尼紹公司 (Renishaw plc) 是世界測量和光譜分析儀器領(lǐng)域的領(lǐng)導者。我們開(kāi)發(fā)的創(chuàng )新產(chǎn)品可顯著(zhù)提高客戶(hù)的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jì) — 從提高制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量、極大提高研發(fā)能力到改進(jìn)醫療過(guò)程的功效。

我們的產(chǎn)品可廣泛應用于機床自動(dòng)化、坐標測量、增材制造、比對測量、拉曼光譜分析、機器校準、位置反饋、口腔CAD/CAM、形狀記憶合金、大尺寸范圍測繪、立體定向神經(jīng)外科和醫學(xué)診斷等領(lǐng)域。在所有這些領(lǐng)域，我們的目標都是成為長(cháng)期合作伙伴，不管現在還是將來(lái)，都始終如一地提供滿(mǎn)足客戶(hù)需求的優(yōu)異產(chǎn)品，并提供快捷、專(zhuān)業(yè)的技術(shù)和商業(yè)支持。