Rick Lucas首席技术官
The ExOne Company
随着当今对轻量化的关注，由复合材料制成的空心部件，如管道、油箱、心轴和火箭裹尸布的需求比以往任何时候都高。根据 Stratview Research 最近的一份报告，仅航空航天和国防领域的复合材料管道市场预计到 2024 年将达到 8.647 亿美元。
然而，制造具有中空特征的复合材料部件历来是一个时代- 耗费和昂贵的努力。几十年来，需要牺牲工具来创建复合材料叠层的核心形式，这些核心形式通过手动、标准预浸方法或纤维缠绕定位在工具上。然后在高压和高温下对叠层中覆盖的工具进行高压灭菌，以形成最终的刚性
为叠层创建核心工具一直是一个涉及模具和其他劳动密集型方法的多步骤过程。更重要的是，在最终复合部件完成后移除牺牲工具并不总是那么容易。今天，该过程通常涉及热溶剂、清洁剂、会放气的工具，有时还涉及用于从最终零件中移除工具的老式凿子。
从 3D 打印的牺牲或冲洗工具创建的最终复合心轴来自 ExOne。几年前，专注于沙子、金属和其他粉末的粘合剂喷射 3D 打印的 ExOne 研发团队发现并开发了一种极其易于使用的新方法：用自来水冲洗的 3D 打印工具。
这种方法现在已成功用于为洛克希德公司的西科斯基制造碳纤维和玻璃纤维增强复合材料马丁公司；皇家工程复合材料；以及其他航空航天和汽车公司，包括竞争激烈的赛车领域的公司。
Binder jet 3D 打印是一种在粉末床中构建物体的方法，方法是使用通过喷墨打印头阵列。 2013 年，我们的团队首次发现他们可以使用专有溶剂粘合硅砂或陶瓷砂颗粒，该溶剂在 180°C（356°F）时仍保持水溶性。
我们的团队一直致力于开发新的粘合剂适用于包括金属、矿物等在内的大量材料。我们知道我们可以开发水溶性粘合剂，但是什么应用可以从 3D 打印最终可以被冲走？我们具有航空航天经验的工程师很快就看到了复合材料行业的潜在价值。
在 3D 打印砂模后，我们用专有的喷雾对其进行涂层，为复合材料叠层提供光滑、不可渗透的表面，在最后的冲洗过程中溶解。或者，部件可以用特氟龙胶带包裹起来，以便在冲走芯后轻松取出。
我们还发现了其他重要的好处。在高压灭菌过程中，处理热膨胀一直是一个挑战。在创建尺寸准确的最终零件时必须考虑这种膨胀，它尤其会挑战某些几何形状和形状。
但是，打印工具的独特之处在于膨胀是由您正在打印的介质或粉末。这意味着它可以通过简单地更换粉末来改变和控制。例如，当使用硅砂打印时，热膨胀系数 (CTE) 为20 ppm/°C (11 ppm/°F) 这对于某些材料可能有意义。在其他情况下，我可能需要较低的 CTE，在这种情况下，我会使用陶瓷砂打印，我的热膨胀率接近 3 ppm/°C (2 ppm/°F)。这最大限度地减少了高压灭菌过程中的变形和其他挑战。与其他增材模具材料不同，热膨胀也是各向同性的 (x,y,z)，从而产生高质量的可预测结果。
细丝缠绕在 ExOne 的 3D 打印冲刷工具上。总之，ExOne 的低失真和易于冲刷工艺允许创建创新的新设计和几何形状以前无法制造。例如，我们有客户创建新的和更长的心轴零件，甚至具有独特集成硬件功能的工具。
总体而言，使用粘合剂喷射 3D 打印制造冲刷工具的过程快速且经济实惠，几乎不用担心零件变形。我们的客户称赞清洗快速而完整。
此外，我们非常自豪的是，我们的 3D 打印清洗工具工艺是可持续的，几乎没有浪费：所有清洗出来的沙子都可以回收并重新用于未来的印刷周期。
