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荷兰工程师尝试钢材料3D打印技术|亚博网页登录

编辑:亚博首页 来源:亚博首页 创发布时间:2021-03-09阅读42710次
  

【亚博网页登录】2014年6月24日,荷兰的一个工程师团队被迫面临新的挑战。他们正在为海牙的一个照明项目设计一个拉紧的整体结构。然而,整个结构和电缆中包含的复杂网络导致结构中没有点连接和类似的结构角度。这意味着所有完成连接功能的接头结构件的设计形状都是互不相同的——也就是说,1200个连接件没有一个是重复的形状!可以想象,这种情况下工作量有点大,奥雅纳工程公司(Arup Engineering Company)阿姆斯特丹办事处的高级设计师(工程师)莎乐美加尔加德(Salome Galjaard)说。

团队努力工作,全力以赴实施每个连接器的建模,最终将承包商的1200个组件的建模设计交付生产。但项目完成后,整个团队开始反思,以后是否有可能利用分步联合生产技术——也就是我们常说的3D打印机——来完成上述情况的新解决方案。以后很有可能会有更多这样的案例,那为什么不积极就这个问题进行内部研究呢?这样大量的局部有差异的部件,慢慢批量生产是不是更好的办法?加尔加德说。

混凝土3D打印机还处于早期测试状态,但已经处于建筑行业的领先地位。研究人员已经使用3D打印机完成了弯板、简单雕塑甚至小型整体结构的测试。

到目前为止,甚至有几种几乎不同的三维混凝土打印机的构建方法正在实时开发中。其中一个是通过在混凝土、沙子和聚合物的类似混合材料上喷洒催化剂而建造的。

另一种施工方法是在已经形成的混凝土层上压制新的滑动水泥。说明1:一个项目中必须有1200个传统加工的零件,每个零件的形状都是唯一的。这个项目引起了工程师们对逐步联合生产技术未来发展的关注。

说明2:这个可爱的3D打印机组件实现了生产过程中效率最低的优化,不是为了美观。金属和钢的分步连接技术几乎是不一样的。加尔加德解释了目前正在测试的方法,即在一个边长为40CM立方体的空腔中放置一层非常厚的合金粉末。

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用激光将太阳光洒在粉末上,根据计算机模型中设计的取向进行局部冷却,然后再大量添加更多的粉末,预测激光太阳光。每次激光照射后,不仅合金粉末不会熔化,而且会与已经形成的下层金属一起冷却和熔化,直到上层和下层之间的焊接完全完成。成品成型后放入型腔,剩下的粉末会重复使用,按其配方可以重复使用10-100次。

最终再利用的利用率是有限的。即使软粉不需要暴露在激光阳光下,也不能重复使用,因为它在生产室中被加热和变质。航空航天长期以来一直是这项技术的先驱,这项技术用于防止生产中浪费昂贵的高强度轻质材料。“我们面临的挑战是找出如何设计这种产品,”加尔加德回忆道。

我们想用最初设计的节点组件建模,然后用必要的打印机,因为这些完整的造型师是为传统的生产和加工技术而设计的。所以我们从草图开始,使用新的边界条件,尝试定义节点组件的功能必要性,然后思考是否能找到最优的设计方案。团队从最基本的内容开始:组件节点的功能是什么?压力如何?团队需要从许多部分移除多余的材料。

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但分步键合生产技术的关键是在腔体上方产生一个水平面。这必须经过精心设计并得到准确支持。加尔加德说:“当然,我们可以打印出任何形状,但通常情况下,打印机的轴承结构必须在打印机完成后拆除。

”。团队希望尽可能防止这种后处理情况,尽最大努力构建一个智能、成功、经济的优化方案。 Galjaard说,这个过程是在仅次于设计的维度和联合生产技术之间逐步平衡的结果。对于我们的工程师来说,这是一个非常有趣的尝试,可以解放我们的思想,避免重复传统加工工艺所束缚的设计思想。

直到生产开始,整个团队再一次意识到不必长期受传统加工工艺的束缚,可以享受到正确设计的巨大优势。这么多年了,我们还是被传统的加工工艺(工件铣箅)禁锢着。

Galjaard解释说,我指出3D打印机给我们带来了很大的设计权,需要尝试新一代的制作技术,仅次于利益。最后一个组件节点的形状非常简单,有一个扫帚状的结构和一个延伸到顶层的带有树枝状支撑的平台结构。

但是整个团队并没有考虑设计中的审美因素。我们没有做任何美化。

事实上,这种形状比整个关节组件的功能更强大。Galjaard说:我们只把材料放在力学必要的方位(也就是说,整个构件没有多余的材料)。

虽然没有考虑美学因素,但她指出,这项技术带来的设计权增强了结构构件的视觉感知。很有可能把机械结构形象化。

或许说起来,我指出这并不会影响整个行业,也就是说从设计方面来说,我们之前显然没有意识到。很有可能未来的机械结构在外观上不会从隐藏结构变成可见结构。加尔加德说。从现在开始,很明显,团队新设计的节点结构的更必要的结果是高度修改的。

原型组件设计为由不锈钢制成。因为这种钢只在制造商的库存中有,所以生产后接头部件的实际结构强度比计算的适当值大四倍。

虽然接头构件的强度没有进行必要的测试,但研究小组仍然通过3D打印机生产的钢筋进行了测试,结果超过了预期指标。Galjaa亚博网页登录rd说,虽然才刚刚开始,但显然超过了非常好的结果。但是,在我们真正开始应用这项技术建造具有原始结构的建筑之前,材料科学还有大量的研究工作要做,必须积累大量的经验。

目前,逐步钢漆接头的生产工艺仍然比传统的机械加工工艺便宜得多。因此,Galjaard并没有指出这项技术需要在短时间内应用于大量的梁柱非常简单的结构。她指出,较慢的应用程序因此类似于上述应用程序,需要小而简单的结构部件。

在建筑结构行业,需要生产互联的部件。现在我们需要在现场完成大量不同形状部件的安装和连接,Galjaard说。这项技术获得了构建不同结构产品的自由选择,使得一个组件产品可以构建所有功能,打印机只能做一次。这样可以大大降低安装成本。

一方面增加了结构件的数量,另一方面也降低了安装的复杂度。更多的好处是在生产过程中大大节省了材料,导致零件更轻,运输成本更低。

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加尔加德说,在一些项目中,这些好处不会带来更多的附加值。从仔细观察组件的整个生命周期来看,虽然必要的成本还是很高的。但比如在结构工程中,如果所有节点的重量都减少,那么整个结构的重量也会大大增加。

她补充说,这样,所有部件看起来都很轻很便宜,所以整体成本不会大幅降低。显然,有许多因素必须考虑在内。尽管仍被认为是近乎完全的,但我们指出,这种技术对于合适的项目来说确实非常经济。

Galjaard这样指出。从现在开始,Arup团队已经在第二个小规模项目上设计了新的节点组件,以测试分步联合生产技术的实用性。它每次都能带给我们惊喜。一想起来,产品就可以造了。

有可能一开始你不会说不可能!但是你不会很快找到的 这非常令人鼓舞,但也非常有趣,尤其是技术本身是如何影响我们的思维方式的。她补充说,来过这里的设计师和工程师对此非常感兴趣。【亚博网页登录】。

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