路虎BAR帆船通過金屬3D列印的液壓系統零件提升性能

在路虎BAR帆船隊技術創新小組 (TIG) 的支持下，增材製造（3D列印）技術 — 和許多其他尖端技術如人工智慧、大數據分析等一樣 — 已融入到船隊的日常工作中。在本案例中，TIG一方面與生產金屬增材製造設備的全球測量專家雷尼紹公司攜手合作，另一方面使用其更為熟悉的塑料3D列印技術，結合各自的優點來製作零件原型。

路虎BAR帆船隊T3訓練船在索倫特海峽上航行（圖片版權所有：Harry KH路虎BAR帆船隊）

來自PA Consulting公司的TIG項目經理George Sykes評價說：「在團隊內部，我們分三種不同的級別來應用3D列印技術。最簡單的一種是原型製作和可視化工具。當需要生產大批量的定製零件時，在確定最終成品之前，我們可以在內部首先利用3D列印技術製作出全尺寸原型。」

雷尼紹為路虎BAR帆船隊製造的金屬3D列印液壓系統零件

路虎BAR帆船隊的設計室內配有3D印表機，只需點擊幾下滑鼠，工程師就能用塑料真實製作出設計師所構想的幾乎所有模型。

「這種製作原型的方法非常有助於我們研發某些新零件，」路虎BAR帆船隊首席技術官Andy Claughton說，「我們能夠真實觸摸到這些零件原形，將它們安裝到帆船上，或與系統中的其他部件相連接，這令我們能夠找出潛在問題，完善設計，最終投入成品生產。」

船隊擁有一家裝備齊全的傳統加工車間，同時還擁有一個複合材料研究團隊。利用這些資源，船隊幾乎可以製作出想要的所有零件，但是如果能夠使用3D列印技術製作零件成品，那麼他們毫無疑問會選擇

3D列印。這種方式的一大優勢便是可以大幅度地降低成本。

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船首斜桅的端蓋就是一個很好的例子。它的形狀比較複雜，設計用於減少空氣阻力。該零件很適合通過塑料3D列印技術製作，因為零件上沒有載荷，且一艘帆船上只需一個這樣的零件。在過去的很長一段時間裡，這個定製的端蓋零件一直是用碳纖維材料製成的，然而其製作過程耗時且需要豐富經驗，因此零件成本較高。如今，一旦設計出新的端蓋模型，船隊在數小時內便可將其生產出來，且僅需花費幾英鎊。

「但是，我們最高級別的3D列印應用則是雷尼紹提供的金屬增材製造技術，」Sykes補充道，「用金屬製造定製零件是3D列印技術中最前沿的領域。」

金屬3D列印通過像紙一樣薄的精細金屬粉末層來製造零件，每個薄層的厚度通常僅為0.05 mm，而這些金屬粉末的稠度則與玉米澱粉類似。增材製造系統在充滿氬氣的惰性環境中工作 — 這如同燈泡中的環境；系統加熱金屬粉末使其熔化，但不會使其燃燒或與空氣中的氧氣或雜質發生反應。利用激光束進行加熱，通過由軟體控制的光學鏡組引導激光束，聚集熱量以精確熔融所需的加工區域。

路虎BAR帆船隊最早採用該技術製作的零件是一個定製的滑輪外殼，用於活動披水板吊索內的滑輪。該零件要承載較高的壓縮載荷，且需具有良好的耐磨性，因此金屬是理想的選擇。所有高強度金屬的密度（單位體積的重量）都比碳纖維要大，因此為了減輕重量，零件最終採用了空心設計。除了增材製造技術，任何其他方法都難以製造出此類零件。

「增材製造技術在零件減重和增效方面具有非常驚人的潛力，」Andy Claughton解釋說，「舉個例子，我們曾在液壓系統上花費了很多心思。在3D列印出現之前，該系統的所有零件都是通過切削實心金屬料坯來製造的。使用切削法加工出的零件形狀十分有限，這一方面限制了設計自由，另一方面也限制了零件的效能。

「例如，液壓流體並不『喜歡』流過那些尖銳的彎角，如果必須這樣設計的話，將會帶來能量的損失。如果採用傳統製造技術，這可能是零件的唯一設計方式，但是有了增材製造技術後，便可加工出內含光滑圓角的零件，這將大大提高流體傳輸的效率。

「除了提升零件效能，我們現在還可以製造出更加輕巧的零件，因為我們僅需在必要位置添加材料。過去，利用車床或其他切削機床，我們能夠加工出的零件幾何形狀存在許多限制，這意味著我們可能無法去除某些不必要的材料，而我們的帆船也不得不帶著這些多餘的重量航行。這些以後都不會成為問題了。」

雷尼紹為其帆船的液壓系統生產了多個關鍵零件，但是船隊不願透露過多的設計細節，據說新的AM歧管設計重量減少了60%，而效能則提升超過20%。

雷尼紹增材製造產品部產品市場工程師David Ewing說：「與路虎BAR的合作有助於提高我們的增材製造技術水平。增材製造包含一整套複雜的製造方案，涵蓋從零件設計到工藝流程等方方面面的專業知識。最好的應用是使用最少的材料來達到設計要求，產品具有實用的功能性優點，且應在設計時便已將製造方法考慮在內。我們為路虎BAR生產的液壓系統零件就是一個完美的例子。」

「雷尼紹在這場面向製造業未來的競爭中處於最前列，他們利用自身的優勢為我們提供了實實在在的幫助。這項技術將在我們的製造理念中紮根，並且它將在未來的製造流程中發揮越來越大的作用。」Andy

Claughton總結道。

文章來源：雷尼紹

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