本田使用3D打印纸质模具,制造碳纤维增强复合材料零部件

希大 · 2016-12-05
纸也有这么大威力?

许多公司都在使用计算机数控机床制作金属模具,用于CFRP零部件的短期制造。过程是通过计算机译码,使机床执行规定好的动作,通过刀具切削将金属毛坯料加工成CFRP零部件的金属模具。这个模具之后会被碳纤维强化塑料涂覆,然后被送进高压釜中,在温度和压力下形成碳纤维。这个过程耗时比较久,而且相对来说成本较高。目前本田公司使用了Mcor ARKe 3D打印机来创建纸制模具,然后用它来制作传统的CFRP零部件。据悉纸模具可以在135°的高温和0.5MPa的压力持续几个小时保持不变形,这足以让碳纤维成型。

现在常见的3D打印机需要使用专门的打印耗材,这些材料价格相对比较昂贵,而且许多制造商会抬高定制耗材的价格。爱尔兰航空工程师Conor MacCormack和他的哥哥电机工程师Fintan一同发明了使用纸张就可以进行3D全彩打的3D打印机,他们称这个打印技术为“选择性沉积纹理”(Selective Deposition Lamination,SDL)。他们认为,打印所需的纸张成本是其他3D打印系统材料成本的5%。

SDL技术是采用一系列物品复制过程中的数码切片,然后送到打印机中依次重造每个图层。SDL机器使用滴到纸张上的胶黏剂进行物体的3D打印,物体形成部分的粘合剂比较多,其他地方用的粘合剂比较少,轻轻粘合的地方作为所建立的结构的支撑位置。打印机滑向第一张顶部的第二张纸进行热压,使得两张纸粘合。完成后,使用碳化物叶片切除物品的轮廓,尤其是在大量粘合和轻轻粘合的区域之间。这个过程一层一层的重复进行,直到物品打印完成,然后从机器中移除。打印出来的物体暴露的地方类似于木头。

至于打印出着色的物体,则是每一张纸在放到成品中之前都依照图案在顶部和底部用适量的油墨印刷,侧边则是在每张纸在物品中所在高度进行印刷,当油墨渗入到纸中就不会露出切痕。

之前推出的工业级纸原料3D打印机Mcor IRIS 需要使用标准的A4纸,并且需要使用一个单独外设的油墨头。后来推出了更为便宜的消费级纸原料3D打印机Mcor ARKe可以使用卷轴纸,并且机器内设了一个油墨头。虽然Mcor ARKe不像Mcor IRIS一样可以使用办公室随意可得的A4纸,但是Mcor CEO MacCormack解释说全世界都可以买到各种各样尺寸的卷轴纸,而且使用卷轴纸可以保证打印过程更通顺。

目前,这种新型打印机主要用来生产像建筑物模型、三维地图、部分原型、模型和像小雕像等各类艺术品。医生也使用麦考机器进行脸部整形的手术指导。此次本田公司利用SDL技术制作模具以生产碳纤维增强塑料(CFRP)零部件,算是对SDL技术应用的一种创新。

MacCormack表示公司已经和本田合作了12个月,这期间本田一直在使用其SDL技术,并在公司的各个细分市场中也有使用到。MacCormack表示“我们最兴奋的是使用SDL技术来制造碳纤维零件,这种3D打印纸张模具的特性基本与木质模具相似,能够承受高温和高压”。

虽然Mcor ARKe 3D打印机但的成本为17995美元,据本田预估,3D打印CFRP模具的成本比传统CNC模具成本节约约10倍,长期来看依然是划算的。

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