Amazone用3D打印的設(shè)計(jì)自由度測(cè)試新的生產(chǎn)流程

農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商Amazone使用Altair的仿真軟件和voxeljet的3D打印技術(shù)來優(yōu)化轉(zhuǎn)向架的底盤。

創(chuàng)新項(xiàng)目。德國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商Amazone在生產(chǎn)一個(gè)新的轉(zhuǎn)向架原型時(shí)，能夠節(jié)省18%的成本。來自德國(guó)奧斯納布呂克附近的哈斯貝爾根的家族企業(yè)，能夠用世界上最大的用于砂鑄模具的工業(yè)3D打印機(jī)VX4000快速打印砂鑄模具和鑄造金屬的芯子–沒有任何昂貴的特殊工具，只用一個(gè)CAD文件。

農(nóng)民用拖拉機(jī)沿著地面拖動(dòng)耙子，將土壤打碎，為播種做準(zhǔn)備，這種耙子的演變一直在不斷進(jìn)步。制造商不斷努力使設(shè)備更穩(wěn)定、更耐用、更輕，以便在道路上行駛時(shí)遵守允許的軸負(fù)荷。

其中Amazone是一家來自德國(guó)奧斯納布呂克附近Hasbergen的家族企業(yè)，它生產(chǎn)帶有轉(zhuǎn)向架的Catros緊湊型圓盤耙。這是一種固定在拖拉機(jī)上的牽引設(shè)備，可以在不同的配置中使用。緊湊型圓盤耙用于淺層和密集的土壤耕作，工作深度可達(dá)15厘米。

CAD軟件根據(jù)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建了一個(gè)鑄件設(shè)計(jì)。

轉(zhuǎn)向架底盤將設(shè)備與車軸連接起來，使設(shè)備能夠從農(nóng)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)教镩g。原來的焊接結(jié)構(gòu)重量為245公斤，焊縫長(zhǎng)度為16.5米，因此非常復(fù)雜，生產(chǎn)成本很高。為了降低成本并使該部件更穩(wěn)定、更輕，Amazone決定用鑄造部件取代轉(zhuǎn)向架底盤。使用Altair的拓?fù)鋬?yōu)化軟件 “Inspire”，Amazone開發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠創(chuàng)建一個(gè)適合負(fù)載的設(shè)計(jì)，而且還可以進(jìn)行鑄造。

更輕，更穩(wěn)定，更耐用

由于材料的分布方式適合受力的大小，鑄造的轉(zhuǎn)向架底盤比焊接的部件要輕45公斤以上。由于這種重量的節(jié)省，其形狀讓人聯(lián)想到樹的結(jié)構(gòu)或鳥的骨骼。同時(shí)，新的設(shè)計(jì)確保了272%的使用壽命，因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)避免了鑄造部件與焊接部件相比在剛度上的變化。為了保證材料質(zhì)量，Altair的專家們還用Inspire軟件模擬了鑄造過程中的金屬流動(dòng)。通過這種方式，他們能夠在實(shí)際鑄造過程之前，減少由滯留氣體引起的內(nèi)部缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，從而優(yōu)化了鑄造件的質(zhì)量。

由于優(yōu)化了適合負(fù)載的鑄造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于后擺臂的第三個(gè)進(jìn)化階段，有可能將使用壽命提高2.5倍，同時(shí)與焊接部件相比，重量也減少了約18%。

Sebastian KlugeAmazone

使用3D打印技術(shù)創(chuàng)建的砂鑄模具使得快速采購(gòu)原型部件成為可能，因此大大縮短了開發(fā)時(shí)間。

對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)：設(shè)計(jì)自由和300 pdi分辨率的3D打印機(jī)

首先，voxeljet將部件的CAD文件轉(zhuǎn)換成負(fù)的CAD文件，以數(shù)字方式表示四部分的鑄造模具。然后工人們將這些數(shù)據(jù)輸入3D系統(tǒng)。然后開始打印。在這里，一個(gè)所謂的涂布機(jī)將打印材料（石英砂）鋪到建筑平臺(tái)上。

然后打印頭在平臺(tái)上移動(dòng)，用結(jié)合劑將沙粒結(jié)合在一起–取決于CAD文件中物體的幾何形狀。為此，打印頭的工作分辨率為300dpi。當(dāng)建筑平臺(tái)本身保持靜止時(shí)，涂布機(jī)和打印頭將其工作高度逐漸向上移動(dòng)300微米，直到鑄造模具完成。

一旦打印程序完成，工人們就會(huì)移除建筑平臺(tái)上打印好的部件的側(cè)壁，并清除任何錯(cuò)誤打印的石英砂。這就留下了可以直接使用的鑄造模具。鑄造廠（來自Gütersloh的Pro Cast Guss）只給鑄造模具做了一層涂層–沙子和金屬之間的隔離層，保護(hù)鑄造模具免受熱應(yīng)力影響。盡管這樣，在鑄造之后，形狀還是會(huì)消失–就像傳統(tǒng)的鑄造模具（砂鑄模具）一樣。它在鑄造的轉(zhuǎn)向架底盤的核心被移除后被破壞。由于之前的Click2Cast計(jì)算機(jī)模擬鑄造，鑄造材料第一次就完美地流向了原始尺寸。

由于部件的復(fù)雜性并不影響3D打印的成本，即使是困難的幾何形狀也能以低成本創(chuàng)造出來。

Tobias King,Director Marketing & Applicationvoxeljet

用3D打印節(jié)省時(shí)間

制造這樣一個(gè)復(fù)雜部件的鑄造模具通常很耗時(shí) – 部分原因是需要復(fù)雜的專業(yè)工具。出于這個(gè)原因，Altair重新考慮了各種選擇，并決定使用voxeljet的VX4000–一個(gè)安裝空間為4000 x 2000 x 1000毫米的3D打印系統(tǒng)。