3D打印在逆向工程中的應用從發(fā)動機大修到維修

在老爺車領域，越來越多的備件正在使用現(xiàn)代測量技術與3D打印技術相結(jié)合的方式進行無工具生產(chǎn)。我們的 “粘合劑噴射 “工藝具有決定性的經(jīng)濟優(yōu)勢。因為傳統(tǒng)的生產(chǎn)–特別是單個零件的生產(chǎn)–往往需要太長的時間，并導致高成本。

在掃描和打印技術的幫助下，可以快速、低成本地重新生產(chǎn)備件。voxeljet為老爺車愛好者提供鑄造備件，并為賽車制造個性化零件。? 汽車客戶也能從快速制造中受益：這里的獨家特殊系列生產(chǎn)速度快、成本低。

六缸HISPANO電機的逆向工程

法國的一家在尼斯的小公司LF Ingénierie的 Carrosserie Lecoq要求使舊的成為新的。汽車修復領域的專家要求在短短幾個月內(nèi)重建一個1933年的Hispano Suiza K6鋁合金發(fā)動機缸體。經(jīng)過多年的磨損和在修復過程中引起的損壞，六缸鋁合金發(fā)動機缸體已無法再被解救。尤其是最后一次將磨損的發(fā)動機通過焊接重新恢復功能的嘗試使此發(fā)動機更受損。唯一的解決方案是使用熔蠟工藝重新構(gòu)造此發(fā)動機。

第一步：LF Ingénierie的Alpha Camara 說： ”使用SolidWorks制定發(fā)動機缸體的CAD模型?！敝笸ㄟ^溶蠟方法的特殊元素完善此3維模型，由發(fā)動機缸體和細分表面的“閱讀”確認核心的受損區(qū)域和痕跡。兩個星期之 – 每天15小時的工作量 – 此將要鑄蠟的限量模型完成。法國的voxeljet是快速打造樣本的專家，并在48小時內(nèi)完成了此模型，之后馬上送于鎧裝和澆鑄的鑄造廠。

幾天后，此毛坯部件在LF Ingénierie的廠房被加工。Alpha Camara在鑄造時已為后續(xù)工作制定了制造文件。此專家為此使用了一個小招數(shù)，他說：“我使用了一個簡單的模型，通過HSMWorks可輕松的加工?！?/p>

在該六缸發(fā)動機缸體的加工過程中，發(fā)動機下部的外殼部分被拋光。Alpha Camara訴說：“從下單到發(fā)動機缸體的完成一共三個月。正好可以將其在2月的巴黎老爺車展Rétromobile與被修復的Hispano一起展示。

讓保時捷重獲新生，3D打印重建氣缸蓋

保時捷傳奇系列的Spinder 550、904和Carrera 356汽車的車主感覺自己是汽車歷史上的一個部分，因為這些車型都經(jīng)歷過升值。356汽車的總產(chǎn)量超過78000輛，其中1/2的356在今天仍然可以使用。然而，當超過使用壽命的發(fā)動機不能再開動的時候，車子的價值就直線下降了。在氣缸蓋損壞無法修補的情況下，唯一的補救辦法是重建氣缸蓋或通過逆向工程來生產(chǎn)一個新的與原來設計完全一樣的氣缸蓋，不管是重新設計還是逆向工程，3D打印都是高效可行的方式。

在本次案例中，且看voxeljet維捷如何通過3D打印砂芯為保時捷重建氣缸蓋。德國Retro-Design 3D GmbH公司接受了為保時捷重建氣缸蓋的挑戰(zhàn)，而原來的砂芯生產(chǎn)工藝由于成本太高的原因不能采用，唯一的辦法是通過3D打印的方式來生產(chǎn)砂芯。對于每一個設計工程師來說，重構(gòu)復雜的組件是一個挑戰(zhàn)，因為在大多數(shù)情況下，圖紙是不可用的，氣缸蓋的重新設計優(yōu)化是個探索過程，并且設計必須要了解零件設計的修改對氣缸的性能會帶來怎樣的影響，尤其在氣門座，噴油部位和凸輪軸部位需要考慮設計改變的每個細節(jié)將會對性能帶來的作用。

氣門導管、座圈、凸輪軸軸承、進氣和排氣管道、氣缸蓋螺釘?shù)缺仨毻ㄟ^三維的方式精確建模出來。不僅如此，還需要考慮后期金屬鑄造的要求，從鑄造的角度增加技術指標，如斜角和圓角等。Retro-Design 3D GmbH公司先是三維掃描保時捷Carrera 356的發(fā)動機缸蓋，然后通過CATIA V5來進行建模，在建模工作完成后通過鑄造仿真軟件進行鑄造過程的模擬。隨后，Retro-Design 3D GmbH公司將3D打印十一個砂芯的整個核心包訂單發(fā)送到位于Friedberg的voxeljet服務中心。通過voxeljet打印機出色的打印質(zhì)量，勾勒出2mm薄壁冷卻肋結(jié)構(gòu)，且內(nèi)芯和外芯在3D打印過程中無需支撐結(jié)構(gòu)。

經(jīng)濟生產(chǎn)：砂模和砂芯印逐層打印，無需復雜且昂貴的生產(chǎn)工具。

大幅面打?。捍笮湍＞呖稍诔尚纬叽邕_4,000 x 2,000 x 1,000 mm 的平臺上進行打印。

快速可用性：最快僅需3個工作日即可交貨。

復雜的組件：幾乎任意的幾何形狀，凹形底亦可以實現(xiàn)。

精密砂模芯和高表面質(zhì)量：單層石英砂厚度為300微米。

常用的鑄造材料：石英砂和呋喃樹脂。

適于所有金屬的鑄造：例如鋁，黃銅，鎂，鐵和鋼鑄造以及所有常見的合金。

可能的組合：3D打印砂芯可以與傳統(tǒng)的砂模組合，反之亦然。

易于取出砂芯：由于固化劑含量較低，除氣和取芯難度和傳統(tǒng)工藝相仿。

理想的樣機制造和零件優(yōu)化：使用3D打印可以快速、靈活、經(jīng)濟地開發(fā)和優(yōu)化零件。

最終的金屬鑄件是由一個專門的鑄造廠完成的。熱等靜壓（HIP）處理帶來了發(fā)動機缸蓋機械性能的很大的提升，并且減少了毛刺。經(jīng)過T6固溶處理，水冷到室溫，然后再重新加熱進行時效處理，使合金中各種相充分溶解，強化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，使得氣缸蓋的強度極限得到升級，然后通過五軸加工中心完成了鋁合金氣缸蓋的最后精加工。