3D打印與傳統機加工相結合，助力汽車部件的快速制造
魔猴君 行業資訊 955天前
2022年11月23日，西門子與機床制造商DMG MORI USA、工具制造商Walter和TRAK Machine Tools合作，展示了數字化在設計和工程工作流程中的強大功能。
△西門子eRod 概念電動車。（圖片來源：西門子）
這項合作基于西門子Xcelerator業務平臺，顯示了優化作為制造業設計和工程的基本組成部分的潛力，在為西門子eRod電動汽車設計和制造轉向節時，結合新技術和傳統技術，減少浪費，最大限度地利用資源。
△NXCAM G-Code驅動的3D打印轉向節的模擬（圖片來源：西門子）
這次合作中展示的數字化流程集成了所有四家公司的技術，首先是西門子NX生成初始設計。在這個案例中，合作伙伴利用設計空間探索等集成生成工程工具，將電動汽車的操作參數用于優化零件設計。
△安裝在eRod上的拓撲優化轉向節組件的模擬（圖片來源：西門子）
在增材制造設計階段，使用結構仿真和優化對零件進行驗證，以確保滿足性能要求，并針對可用于生產的制造工藝對零件進行優化。在這個項目中，仿真驅動的設計確保用最少的材料創建零件，從而使轉向節的設計減輕了45%的重量，并提高了零件對該部件通常經歷的應力的彈性。
在工藝規劃這個階段，合作伙伴采用Teamcenter和Opcenter軟件制定了全面的制造計劃。這有助于制造商通過應用他們自己的標準數控編程、檢測路徑方法、工具和程序模板實現編程自動化。它還能確保在車間里對正確的修訂進行編程和測量，為整個數字制造過程創造一個單一的數據源。
△在DMGMORI LASERTEC 30 DUAL SLM上3D打印轉向節（圖片來源：西門子）
在制造階段，使用增材制造和傳統制造方法相結合的方式制造零件，然后進行加工，以達到尺寸精度和公差。西門子表示，在這一階段使用軟件自動完成常規任務，使編程時間減少了60%。該零件在NX CAM中使用五軸同步編程、基于云的后處理和集成模擬，為增材制造和傳統的減材制造進行了準備和編程。然后在DMG MORI LASERTEC 30 DUAL選擇性激光熔化（SLM）機上使用Ti6Al4V鈦粉進行生產。最終的公差和表面處理是由DMG MORI的DMU 85 monoBLOCK五軸加工中心完成的，該中心配備了SINUMERIK840D sl數控系統，進行兩步加工。該機床還配備了Walter設計的工具，用于精加工和切割操作。
△在DMGMORI monoBLOCK 85上加工3D打印的轉向節（圖片來源：西門子）
鈦合金的增材制造過程，除了在加工時常會遇到的挑戰外，還有許多其他的挑戰。雖然增材制造擅長制造復雜的部件，但這些部件的加工很少是簡單的。3D打印所需的支撐結構往往比散裝材料更脆，而且3D打印的結構往往具有標準工具難以達到的特征。這些復雜的零件幾何形狀在加工過程中往往難以夾緊，這意味著最大限度地減少振動對于降低損壞零件的風險至關重要。為了應對這些挑戰，Walter開發了一種使用組合工具的工藝，以提供符合所有尺寸精度和表面光潔度要求的成品零件。在評估整個組件時，設計團隊發現，某些組件仍然可以使用傳統工藝更有效地制造。具體來說，主軸適合于數控車削。為了實現這一改變，工程師們使用了Run MyVirtual Mach（數字孿生系統）將 TRAK MachineTools TC820si 車削中心添加到數字制造過程中。主軸在SINUMERIK ONE控制器中通過ShopTurn對話式編程進行虛擬編程，然后用TC820si的3D雙機進行驗證。
△輪節主軸非常適合傳統的車削操作（圖片來源：西門子）
為了閉環，質量控制和生產準備是通過使用NX CMM檢測編程軟件內的PMI（產品制造信息）采集和存儲的尺寸和公差數據驅動的自動CMM流程進行的，以確保零件在預期的公差范圍內，并準備好進行裝配。在最后的裝配過程中，更傳統的主軸部件與新優化的關節相連接，并安裝在西門子eRod上。
來源：南極熊
