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北卡罗来纳州研究人员开发提高3D打印关键零部件完成时间效率的方法

时间:2024-05-19 09:06 来源:南极熊 作者:admin 阅读:
      2024年5月18日,北卡罗来纳州立大学(NC State)研究人员展示了一项可自动对金属3D打印机器部件进行质量控制的技术。这一技术使用户无需将零件从打印机中取出,即可识别潜在的缺陷。


      北卡罗来纳州立大学Edward P. Fitts工业与系统工程系助理研究教授Brandon McConnell 表示:“3D 打印和其它增材制造技术吸引人的原因之一是,这些技术允许用户快速更换关键的机器部件,否则这些部件在工厂之外很难制造出来。增材制造工具可以根据需要进行制造,而不是受制于可能需要长时间等待的供应链。这通常意味着使用3D打印按需制造小批量的机器零件。”


金属机械零件打印完成后,通常需要进行额外的精加工和测量,以确保零件符合关键的公差要求。目前,这一过程涉及将零件从相关制造设备中取出、测量,然后再放回制造设备中进行适度调整。McConnell解释说:“这可能需要反复进行,耗费大量时间。我们在这项研究中的工作加速了这一过程。”

具体来说,研究人员将3D打印、自动化加工、激光扫描和触摸感应测量技术与相关软件集成在一起,创建了一个高度自动化的系统,可生产满足关键公差的金属机器部件。

△图片展示了增材和减材混合(DASH)过程的顺序。在这个过程中,使用激光扫描仪来定位零件,并收集数据以确定零件本身剩余的额外材料量。利用扫描数据,创建一个转换矩阵来将原始CAD模型与机器中零件的实际位置对齐。然后,使用MasterCAM插件自动生成切削路径,这些路径可以上传到铣床中,用于对关键表面进行整体模型粗加工和最终精加工

对比传统技术新技术可节省时间成本

在3D打印金属部件(包括支撑结构)后,机器操作员将打印好的部件利用支撑结构安装到精加工设备上。此时,激光会对安装好的部件进行扫描,以确定其尺寸。然后,软件程序利用这些尺寸和所需的关键公差来引导精加工设备,从而有效地打磨掉零件上的任何不规则部分。在这一过程中,精加工设备会控制3D打印部件的方向,以便通过触摸式机器人探头进行测量,确保部件的尺寸在必要的参数范围内。

为了测试新方法的性能,研究人员使用传统的3D打印和精加工技术制造了一个机器零件,然后使用他们的新工艺制造了同样的零件。

△在图(a)中,显示了在CAD系统上定义的原始零件坐标系原点。而在图(b)中,显示了添加了牺牲支撑后,重新定位的零件坐标系,并突出显示了红色定义的主旋转平面

McConnell说:“使用传统技术,我们能够在200分钟内完成零件,而使用我们的新技术,我们能够在133分钟内完成同样的零件。根据不同的情况,节省67分钟是非常重要的。在大多数专业领域,时间就是金钱。例如,在应急响应环境中,这可能就是生死攸关的差异。”

研究人员指出,这项工作的重点是打印和加工包括活塞等圆形或圆柱体的机器零件。不过,这种方法也可适用于具有其它特征的机器零件。

McConnell表示:“我们在这项技术中使用的所有硬件都可以在市场上购买到,我们在论文中也清楚地概述了必要的软件,因此我们认为这种新方法几乎可以立即被采用并投入使用。当然,我们也愿意与有兴趣在其业务中使用这项技术的合作伙伴合作。”

这项工作得到了美国陆军研究办公室的支持,拨款号为W911NF1910055。

(责任编辑:admin)

weixin
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