與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，增材制造（AM）有能力打破工業(yè)流程并有助于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)高效和快速的結(jié)果。與復(fù)合材料產(chǎn)品需求的快速增長(zhǎng)相吻合，增材制造將徹底改變國(guó)防、航空航天和其他行業(yè)的復(fù)合材料生產(chǎn)。復(fù)合材料天生比傳統(tǒng)材料更堅(jiān)固、更輕、更環(huán)保。在這些領(lǐng)域，增材制造可以用于空氣、流體和能源管理應(yīng)用的管道和通風(fēng)口的芯軸制造。

　　芯軸是制造中空復(fù)合材料零部件時(shí)必不可少的工具。在制造過(guò)程中，芯軸被插入管子或管道末端，并在周?chē)纬晌矬w時(shí)固定到位。這確保了成品保持形狀和尺寸。傳統(tǒng)上，最常見(jiàn)類(lèi)型的芯軸由鋼制成，但也可以使用鋁和其他金屬。然而，這樣材料的芯軸的應(yīng)用受限且可能造價(jià)高昂。本文將解釋如何通過(guò)增材制造生產(chǎn)芯軸，作為復(fù)合材料制造的耗材來(lái)簡(jiǎn)化和優(yōu)化制造過(guò)程。

　　復(fù)合材料是由兩個(gè)或多個(gè)不同的部件組成的材料，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)。這些成分可以是金屬、聚合物、陶瓷、纖維和各種其他物質(zhì)的組合，具體取決于應(yīng)用。復(fù)合材料被用于各種工業(yè)應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙哂性S多優(yōu)點(diǎn)，例如重量輕、高燃料效率并表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度、更高的穩(wěn)定性、更大的耐磨損性，以及更高的耐候性和環(huán)境友好型。

　　復(fù)合材料也比金屬、塑料和陶瓷更容易制造，也可以成型較為復(fù)雜的形狀。通過(guò)將不同類(lèi)型的材料結(jié)合在一起，工程師可以創(chuàng)造出滿足特定要求的材料，并為許多行業(yè)提供服務(wù)。隨著對(duì)復(fù)合材料需求的不斷增長(zhǎng)，很明顯，這些多功能材料將在未來(lái)幾年繼續(xù)在工業(yè)中發(fā)揮重要作用。

　　傳統(tǒng)制造VS 增材制造芯軸傳統(tǒng)的芯軸

　　制造方法已經(jīng)存在了幾個(gè)世紀(jì)，至今仍在使用。主流的傳統(tǒng)制造方法主要有三種：鑄造、鍛造和機(jī)加工。鑄造是制造工業(yè)芯軸最常見(jiàn)的方法。在這個(gè)過(guò)程中，熔融金屬被倒入模具中，該模具具有所需芯軸的形狀。待金屬冷卻并硬化后，將芯軸從模具中取出。在鍛造過(guò)程中，將一塊金屬加熱至具有延展性，然后使用錘子和其他工具將其成型為所需的芯軸。在機(jī)械加工過(guò)程中，使用車(chē)床、銑床或其他機(jī)床將金屬件切割或銑削成所需形狀。

　　傳統(tǒng)制造芯軸的工藝技術(shù)有許多缺點(diǎn)，其中的關(guān)鍵是耗時(shí)、勞動(dòng)密集、經(jīng)常產(chǎn)生大量廢料，并且它們所能達(dá)到的幾何復(fù)雜性有限。增材制造可用于創(chuàng)建具有復(fù)雜幾何形狀的芯軸，這些芯軸很難或不可能使用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)。增材制造提供了一種更靈活的方法，可以非常快速地創(chuàng)建具有復(fù)雜設(shè)計(jì)和內(nèi)部功能的芯軸，而不需要昂貴的切割工具。如果是復(fù)雜的幾何形狀，傳統(tǒng)的芯軸生產(chǎn)方法需要生產(chǎn)多個(gè)零件，而這也意味著額外的成本，非常耗時(shí)并可能出現(xiàn)錯(cuò)誤和返工。

　　使用增材制造芯軸的好處包括更低的工具成本、更短的交付周期和更大的設(shè)計(jì)靈活性。增材制造的芯軸可以從數(shù)字文件中快速輕松地制造出來(lái)，非常適合短期或一次性生產(chǎn)。此外，與傳統(tǒng)工藝相比，它們?cè)谛螤詈蛶缀涡螤罘矫鏋樵O(shè)計(jì)師提供了更大的自由度。

　　Massivit 的解決方案

　　Massivit 3D 開(kāi)發(fā)了一種專(zhuān)有的打印工藝，用于生產(chǎn)堅(jiān)固耐用的芯軸。這為復(fù)合材料零件的生產(chǎn)提供了一種高度創(chuàng)新的解決方案，與傳統(tǒng)方法相比具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠以更短的交付周期和更低的成本生產(chǎn)高質(zhì)量的復(fù)合材料零件。如前所述，使用增材制造芯軸的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是，可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)。借助增材制造，芯軸零件的幾何形狀沒(méi)有任何限制。這為芯軸設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一個(gè)全新的可能性范圍，意味著它們可以根據(jù)特定應(yīng)用的特定需求進(jìn)行定制化生產(chǎn)。

　　隨著對(duì)復(fù)合材料零件需求的增加，對(duì)更高效、更具成本效益的生產(chǎn)解決方案的需求也在增加。Massivit 開(kāi)發(fā)了Massivit 10000 增材制造系統(tǒng)以滿足這些要求。該設(shè)備結(jié)合Massivit 3D 的專(zhuān)利凝膠點(diǎn)膠印刷（GDP）方法，使用了運(yùn)動(dòng)澆鑄（CIM）技術(shù)。它允許將模具直接鑄造到3D打印的外殼中。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)， Massivit 10000 采用了雙頭系統(tǒng)和超快專(zhuān)利技術(shù)。所有這些都使制造商能夠在數(shù)小時(shí)內(nèi)而不是數(shù)周內(nèi)生產(chǎn)出復(fù)雜的芯軸。

　　Massivit 的防水材料非常適合芯軸的生產(chǎn)。這種材料最顯著的特征之一是可以在水中輕松分離。這使得心軸在生產(chǎn)后能夠容易地從最終產(chǎn)品中移除。該材料也很輕（在生產(chǎn)過(guò)程中易于處理和運(yùn)輸）；堅(jiān)固耐用（可用于各種應(yīng)用）；環(huán)境友好（與減法相比，最大限度地減少浪費(fèi)，并最大限度地降低對(duì)大量材料儲(chǔ)存的需求）；而且速度快，芯軸只需幾個(gè)小時(shí)就能打印出來(lái)。

　　工藝流程

　　為了說(shuō)明Massivit 3D 芯軸生產(chǎn)方法的顛覆性，本案例研究著眼于為國(guó)防和航空航天部門(mén)服務(wù)的Kanfit 公司制造芯軸所涉及的工藝步驟。委托使用的芯軸需要用Massivit 的防水材料打印，打印模具的外表面需要非常光滑。

　　首先，創(chuàng)建了尺寸為381 mm（X）、191 mm（Y）和 567 mm（Z）的芯軸CAD 模型。為了使其與Massivit 的3D 打印技術(shù)最佳對(duì)齊，模型的法蘭區(qū)域進(jìn)行了數(shù)字?jǐn)U展，以更好地進(jìn)行疊層制造，模具壁設(shè)計(jì)有三個(gè)最終寬度為5.4mm 的打印輪廓，以承受制造階段的真空壓力。

　　根據(jù)完成的CAD 文件，在Massivit Smart 切片機(jī)軟件上創(chuàng)建了芯軸的G 代碼。打印是為了使用最少的時(shí)間和材料而設(shè)計(jì)的，總共只用了8 小時(shí)。這個(gè)芯軸樣品是使用的是Massivit 水溶性DIM-WB 光聚合物材料生產(chǎn)。在對(duì)零件的后處理過(guò)程中，表面用砂紙打磨并涂上一層環(huán)氧樹(shù)脂，使芯軸表面不透氣。

　　對(duì)于疊層階段，芯軸設(shè)置在旋轉(zhuǎn)夾具上，從而能夠在工具周?chē)鷳?yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂和碳纖維片（總共6 片）。一旦涂上碳纖維，模具就進(jìn)入真空過(guò)程，在真空壓力下保持3 小時(shí)。然后將其取出并靜置24 小時(shí)，最后固化。

　　完成的模具被放置在清水中24 小時(shí)，所有殘留的水溶性材料被從表皮上移走。然后對(duì)芯軸進(jìn)行修整，并在發(fā)布前在質(zhì)量控制部門(mén)進(jìn)行驗(yàn)證。與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比，使用增材制造生產(chǎn)芯軸來(lái)制作此類(lèi)應(yīng)用中的復(fù)合材料部件，可以簡(jiǎn)化和精簡(jiǎn)復(fù)合材料的生產(chǎn)過(guò)程。

　　徹底改變制造業(yè)

　　使用增材制造的芯軸有可能徹底改變復(fù)合材料零件的制造方式。與傳統(tǒng)制造的芯軸相比，使用增材制造生產(chǎn)的芯軸優(yōu)勢(shì)明顯。此外，使用增材制造制造的芯軸可以用先進(jìn)的材料生產(chǎn)，如Massivit 的水溶性材料，簡(jiǎn)化了后處理過(guò)程中的拆卸。

　　這使得生產(chǎn)的復(fù)合材料零件質(zhì)量更高、更可靠。隨著增材制造芯軸的出現(xiàn)，復(fù)合材料零件制造的前景是光明的。

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