3D SYSTEMS:时光侵蚀无法困住百年老车,3D数字化制造助力重新上路

国际金属加工网 2018年03月16日

挑战:以经济的成本制作一个金属阀门盖,来替换之前残破的阀门盖

解决方案:3D Systems的ODM服务中心使用3D Systems的Geomagic Design X三维扫描软件建立CAD模型,再通过SLA打印机得到阀门盖原型,从而制作出成品铸件

成果:

替换原来的阀门盖,与其他部件完美匹配

简化和经济有效的流程,极大降低部件制作成本

通过数字化流程改进部件的功能性和美学SLA技术制作出表面光洁的原型

今天案例的主人公是杰•雷诺。可能有些人对他不够了解。这位大叔(爷)当年主持的杰·雷诺今夜秀曾风靡一时。这位大叔平生的爱好就是收藏古董车。

虽然雷诺钟情于古董车,但他表示他不是那么热爱古董车使用的古老技术的。

雷诺对古董车的无比挚爱鼓励了他对新技术的探索,他希望他收藏的汽车能够保持正常运转。他最近就修复了一辆古董车1916 Owen Magnetic

1916 Owen Magnetic是第一辆商业化的混合动力汽车

时光给予了古董车岁月沉淀的美,但与此同时,经过长达一个多世纪的漫长时光,这辆古董车阀门盖已经被腐蚀损毁。雷诺万分想要一个替代的部件修复这辆挚爱的古董车,当然,修复成本肯定不能过于昂贵。

3D Systems之前就有过成功帮助雷诺修复其他古董车的先例,所以这次雷诺也首先就想到了寻求3D Systems的技术支持。

雷诺的团队先使用逆向工程软件设计了一款新型的阀门盖。再将数据发送至3D Systems服务中心(On Demand Manufacturing),通过3D打印制作原型。

最终,3D Systems一站式的解决方案仅使用传统方法1/10的成本就帮助雷诺的团队成功替换了古董车破旧的阀门盖。

百年老车-岁月沉淀之美

百年老车Owen Magnetic通过3D Systems的数字化流程和按需定制服务,重新上路

一辆汽车经过100年的岁月洗礼,那么它就很难不需要维护保养了。

一般数十年时间里,古董车的零部件就会变得稀缺,部件成本也水涨船高。考虑到维修的困难和昂贵的费用,古董车往往就会被收藏到博物馆,或变成私人藏品,成为一件件静止的物品。

作为一个狂热的汽车爱好者,雷诺不想1916 Owen Magnetic成为这样一件仅供观赏的物品。

从三维扫描到CAD软件的捷径,通过Geomagic Design X逆向软件创建精确的阀门盖CAD模型

为了让Owen Magnetic的车轮继续运转,雷诺和他的团队需要克服巨大挑战。雷诺表示:“当我们开始翻新车子,发现为发动机冷却液提供通道的阀门盖,它看起来就像一块瑞士奶酪,垃圾场都找不到这么破烂的阀门盖了,通过残留的胶水和粘合剂等种种迹象也表明之前有过几次失败的修复。”

雷诺团队试图修复原始的阀门盖,但是无法成功,选择替代品是唯一的方法

阀门盖的逆向工程修复

寻找最佳解决方案来修复阀门盖的重任就落到了雷诺团队首席工程师吉姆•霍尔身上。

对于定制型汽车维修工作,霍尔已经是个中老手,多年来霍尔一直在与时俱进,他能在数小时内找到优质的解决方案。

霍尔表示:“修复原来的阀门盖已经不现实了,毕竟那么破烂了”,霍尔的方法是在一些新技术的帮助下优化部件。

首先,通过FARO® Design ScanArm将原始的阀门盖数据扫描至Geomagic Design X™逆向工程软

不同于红色激光技术扫描仪,蓝色激光技术扫描仪能够一次扫描原始阀门上的黑色表面和抛光表面。点云数据随后就会被传送至3D Systems的3D建模服务团队,将3D扫描数据转化为最终的CAD模型数据。

3D Systems的技术人员同霍尔一起协作,在保持这个百年老车部件质感的同时,还要优化其美观度和性能。

许多最终的更新都是由Geomagic Design X软件中独特的功能完成,这些功能能够让3D Systems的技术人员用光滑的表面代替原来的腐蚀和凹陷的地方,同时可以提取设计元素以改善最终的外观。

一旦扫描完成,3D Systems的3D建模团队就生成了精准且经过优化的阀门盖模型

例如,“Owen Magnetic”字样在阀门盖的外部是浮雕式的,特别缩小了文字尺寸,以便文字处于既定的框线内。

原始的设计中,这些字母就好像是从蜡片上手工切割下来,贴到蜡模上去,再制造出来的,比价粗糙。所以原始的部件上很多字母有瑕疵,个别字母和其他字母之间都没有对齐。

霍尔希望可以确保字母保持对齐的同时,又能保留这些瑕疵字母的真实性。

3D Systems的技术人员按照他们的需求,使用改进的定义线将字母绘制出来,使最终的部分看起来比原来的更精致。

在功能性的改造上,3D Systems团队同霍尔写作,重新设计了被严重侵蚀的部分内部的功能。按照霍尔的要求,加厚了几个结构,并拓宽了它们之间的连接,以帮助它们更好地抵御侵蚀。最终,技术人员将歧管安装面加厚了几毫米,用于适应后续的面铣削操作,这样可以为垫圈提供光滑的表面,防止冷却剂泄漏。

3D打印熔模铸造原型

一旦阀门盖设计就绪,3D Systems的ODM服务中心团队使用Geomagic Design X软件导出模型,通过3D Sprint™软件进行数据处理。

使用3D Sprint的高级网格创建和编辑工具,他们将实体模型转换成一个详细的网格,然后对其进行缩放,来计算被铸造的金属合金的收缩系数。

3D Systems的技术人员随后使用SLA光固化技术制作了QuickCast原型。QuickCast原型专门为熔模铸造而设计,原型内部是带晶格支撑的中空结构。

原型的中空结构可以减少材料的使用,而且容易汽化蒸发。原型的打印由3D Systems的打印机ProX® SLA 800和Accura®CastPro树脂材料完成。

数字化工作流程使雷•杰诺的古董车1916 Owen Magnetic成功拥有了全新的阀门盖,妥妥的再跑百年

3D Systems的地区销售经理塞可•卡帕林格表示:“我们的SLA 3D打印技术打印的部件精度非常高,由于我们的SLA支撑结构可以徒手撕掉,无需额外溶化,所需要的后处理很少,最终打印的部件表面光洁度高,极适合用于铸造原型。”

卡帕林格表示,帮助古董车做铸件的熔模铸造工厂对于3D Systems使用3D打印制作原型的方式非常感兴趣,他们已经提出在完成Owen Magnetic制作另一个原型的需求,来用于国际铸造比赛。

通过3D Systems的ODM服务中心打印的原型制作出铝制铸件

一旦3D打印完成,原型被送到SeaCast Inc,这是一家位于美国西北部的铸造工厂。SeaCast通过3D打印的铸造原型来做铝铸件模具,然后完成的铸件被寄往雷诺团队进行最后的修整与装配。

在通过铣削、钻孔、油漆和抛光步骤后,霍尔在车上重新安装了这个崭新的阀门盖。

雷诺表示,车子运行的非常完美。“这就是3D打印的魅力,古董车的零部件再也不受时间的局限无法制作。古董车现在可以再来跑个一百年没问题了。”

关于3D Systems

3D Systems提供全面的3D产品和服务,包括3D打印机、打印材料、云计算按需定制部件和数字设计工具。公司的生态系统覆盖了从产品设计到工厂车间的先进应用。3D Systems精准的医疗解决方案包括模拟、虚拟手术规划、医疗、牙科设备以及给患者定制的外科手术器械的打印。作为3D打印的创始者和未来3D解决方案的开发者,3D Systems花费了30年的时间帮助专业人士和企业优化他们的设计、改造工作流程,将创新产品推向市场、驱动新的商业模式。

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