3D 打印噴頭在固體成形領(lǐng)域的全新應(yīng)用

文/ Axel Ro?bach·西馬克集團(tuán)

隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)知識(shí)的不斷積累，越來越多的部件會(huì)以功能優(yōu)化的方式設(shè)計(jì)和集成進(jìn)來，如金屬粉末霧化設(shè)備、3D 打印噴淋頭等。西馬克集團(tuán)持續(xù)致力于3D 打印噴頭在模鍛行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，在這一領(lǐng)域擁有突出的優(yōu)勢(shì)，覆蓋了整個(gè)3D 打印產(chǎn)業(yè)鏈，還可以向市場(chǎng)提供涵蓋增材制造所有工藝環(huán)節(jié)的整體解決方案。

經(jīng)過設(shè)計(jì)的優(yōu)化和功能的改進(jìn)，3D 打印噴淋裝置為鋁鍛件生產(chǎn)中的模具維護(hù)帶來了極大的改善。3D 打印的鋁制噴淋裝置不僅工作穩(wěn)定可靠且擁有極優(yōu)的噴淋效果。與傳統(tǒng)的鋼制材料相比，其重量也減輕了90%，這就允許傳遞系統(tǒng)進(jìn)行更快速的動(dòng)作和響應(yīng)，在每次單獨(dú)的打擊行程之間，同時(shí)完成吹掃氧化皮，冷卻模具表面，噴涂潤(rùn)滑劑和干燥模具表面的工藝需求，而傳統(tǒng)的噴淋裝置，則無法滿足在有限時(shí)間內(nèi)完成上述工序。同時(shí)，通過配合使用西馬克集團(tuán)提供的步進(jìn)梁系統(tǒng),鍛造生產(chǎn)線可在實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)節(jié)拍的同時(shí)又能顯著延長(zhǎng)模具的使用壽命。

新式的3D 打印噴淋頭的巨大優(yōu)勢(shì)

雖然傳統(tǒng)的板式噴淋頭依然是目前應(yīng)用最廣泛的，但新式的3D 打印噴淋頭已經(jīng)表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。首先，傳統(tǒng)的板式噴淋頭受限于其多級(jí)板結(jié)構(gòu)，最大運(yùn)行壓力只能達(dá)到3bar，否則壓縮空氣和噴淋液將從級(jí)板之間溢出。其次，幾十個(gè)用于鎖緊噴淋板的小螺栓也有掉入模具的風(fēng)險(xiǎn)，若意外掉落的螺栓與工件一同被鍛造，會(huì)變成一個(gè)安全隱患。再次，與3D打印件的圓形且流動(dòng)性做了優(yōu)化的管路相比，板式噴淋頭的方形管路易于聚集污物或石墨，需要反復(fù)清洗，而創(chuàng)新型的3D 打印噴淋頭則不存在這種問題。同時(shí)，3D 打印噴淋頭需要的零件更少，幾乎免維護(hù)。而通過3D 打印實(shí)現(xiàn)的輕量化也是傳統(tǒng)制造方法所無法做到的。

客戶案例分享

西馬克集團(tuán)為一家著名的電動(dòng)汽車制造商提供了MP2500 熱模鍛壓力機(jī)(圖1)和ARWS1A 型輥鍛機(jī)，該生產(chǎn)線主要用來生產(chǎn)汽車底盤鍛造部件。

3D 打印噴頭可承受高達(dá)10bar 的壓力。同時(shí)，得益于其更大的間隙，在設(shè)置噴霧時(shí)可對(duì)介質(zhì)進(jìn)行精確的配比和定量，而且高壓力和優(yōu)化的噴嘴結(jié)構(gòu)使其可以在必要時(shí)增大噴淋量。另外，流線型的管路設(shè)計(jì)可有效避免堆積物，使噴嘴通道總是可以保持清潔。與板式噴淋頭一樣，這些噴淋頭也采用了外部混合空氣霧化噴嘴的原理。這保證了噴霧微粒大小的一致性，而且不會(huì)發(fā)生分散。不僅如此，3D 打印還具備噴嘴出口形式可以定制的優(yōu)勢(shì)。而板式噴頭的外部管路僅能包含嵌入外板的一個(gè)倒角出口。

圖1 西馬克集團(tuán)提供的全自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線

圖2 工作中的3D 打印噴頭

從圖2 可以清楚的看到，大的噴霧頭有一個(gè)獨(dú)立的環(huán)繞通道，其承擔(dān)了“吹掃”功能，當(dāng)噴嘴進(jìn)入模具區(qū)域時(shí)，首先將氧化皮從模具上清除，并在噴嘴移出時(shí)對(duì)模具進(jìn)行干燥。由于始終有一個(gè)額外的環(huán)繞吹氣管道，3D 打印噴頭相比板式噴淋頭在功能上更具優(yōu)勢(shì)。

這個(gè)3D 打印噴頭還有一個(gè)特別之處：負(fù)責(zé)預(yù)鍛模具噴淋的第一排噴嘴按照一定角度排列，并沿對(duì)角方向向上和向下噴射。這種角度的選擇可使噴淋液按照一定錐度精確噴射在預(yù)鍛模腔，而正是增材制造技術(shù)和與之相關(guān)的功能優(yōu)化使得該設(shè)計(jì)成為可能(圖3)。另外，西馬克集團(tuán)專門為這種3D 打印噴頭開發(fā)了聚酰胺(尼龍)材質(zhì)的變體，使其在正式投入使用之前便可以在噴淋測(cè)試站預(yù)先成功完成測(cè)試。

噴頭與3D 打印的聚酰胺閥塊相連，同時(shí)軟管適配該閥塊。這既顯著的降低了重量，又進(jìn)一步增加了自動(dòng)化系統(tǒng)中高速運(yùn)行的機(jī)械部件的耐久性。西馬克集團(tuán)所有的3D 打印噴淋頭均具有中斷模式，使其在快速回程動(dòng)作中，不會(huì)有液滴聚集并掉落在模具上。而傳統(tǒng)的板式噴頭則不具備該優(yōu)點(diǎn)。

圖3 噴嘴角度偏置的新型3D 打印噴頭

結(jié)束語

西馬克集團(tuán)還提供了一個(gè)可以輕松在線申請(qǐng)標(biāo)準(zhǔn)化噴頭的表單，客戶無需自己設(shè)計(jì)。客戶可以一步一步地按照引導(dǎo)信息來選擇所需的3D 打印噴頭的所有相關(guān)參數(shù)，噴頭的尺寸、數(shù)量和排列方式。只需掃描對(duì)應(yīng)的二維碼，便可在線的選擇和適配。西馬克集團(tuán)期待提供的3D 打印噴頭能為鍛造行業(yè)提供更多的服務(wù)和幫助。