比锻造铣削便宜了大约 50%，粘结剂喷射3D打印首创4,000个阀体

| 3DScienceValley · 2023/02/04

美国农业机械制造商约翰迪尔（JOHN DEERE）对3D打印的应用由来已久，20 多年来在其全球工厂中使用3D打印技术制造了数以千计的原型、工具、夹具和备品备件。

随着对3D打印技术带来的变革意义的加深理解，约翰迪尔对3D打印技术的采用正在加快，目前超过4,000个阀体由GKN-吉凯恩3D打印制造出来运至约翰迪尔拖拉机工厂，令人兴奋的亮点是每零件的成本低于锻造与铣削的传统加工方式，这是3D打印技术有史以来与传统制造技术在加工效率、加工成本方面的突破。

约翰迪尔与3D打印
© 约翰迪尔

冰山一角

约翰迪尔的新型 6R 系列拖拉机采用 3D 打印燃油阀，这是该公司的首创：金属 3D 打印发动机部件。拖拉机燃油系统中的 3D 打印不锈钢阀门是一个新方向，也是约翰迪尔的智能工业战略的一部分。

约翰迪尔与3D打印
© 约翰迪尔

约翰迪尔于 2020 年宣布了其在三个重点领域快速集成新技术的愿景：生产系统、技术堆栈和生命周期解决方案。

3D 打印是这一愿景的一部分，而这个阀门是其首批成果之一。它比传统制造的效率更高。便宜了大约 50%，而且体积明显更小，使用的材料也更少。但这只是 John Deere 选择通过3D打印该部件的原因的冰山一角。

面向生产制造用途的粘结剂喷射金属3D打印
© 3D科学谷白皮书

成就来自内在与外在

关于粘结剂喷射3D打印技术用于不锈钢的制造，根据3D科学谷《深度透视金属粘结剂喷射金属3D打印材料与应用发展》一文，在南洋理工的实验研究中，BJ-粘结剂喷射制造的合金塑性变形的早期阶段普遍存在的平面滑移，以及其他微结构因素的结合，导致在准静态和循环载荷下阻止了在孔角处成核的小裂纹；结果，延展性和疲劳强度都不会受到BJ粘结剂喷射3D打印合金中孔隙率的不利影响。在另外一种增材制造技术L-PBF选区激光熔融金属3D打印合金中，蜂窝结构大大提高了屈服强度，柱状晶粒太细，取向差不够大、晶粒也不够粗大从而不足以止裂。

最新版本的 John Deere 6R和 6M 拖拉机上的新型热分流阀不仅是日益普及的金属3D打印技术的创新应用，还是大约两年研发的结晶。3D科学谷了解到这始于一项挑战，即确保约翰迪尔拖拉机能够在寒冷的环境中正常工作。工程师们的任务是开发一种能够在不影响发动机性能的情况下保持燃油温度的阀门。

通过优化计算流体动力学在虚拟世界中对其进行新设计的阀门进行模拟，理想化的原型模型，即让燃料以最高效率流动的模型，具有圆形、光滑的内部通道。只有通过3D打印才能创建功能。

液压歧管、阀体的3D打印优势

在流体动力学中，当有两个相交的钻孔时，如果使用机加工方式，总会遇到尖角。通过 3D 打印，可以制作圆角，这让在阀门优化方面又迈进了一步。

为了测试零件是否能按预期工作，约翰迪尔的工程师与GKN-吉凯恩的增材制造人员合作，进一步优化金属 3D 打印燃料阀的设计。GKN通过惠普的Metal Jet S100新型金属3D打印机上打印钢制阀门。

刷新认知的进展

根据3D科学谷的了解，不仅仅是阀门，惠普与GKN还合作为施耐德电气 NSX 断路器生产了全新过滤器，此类过滤器形状复杂，远超其他形式的工业制造能力范围。HP Metal Jet 技术不仅改进了新型电源过滤器的形状设计，可在更有限的空间内减少了气体、压力和热对过滤器的影响，显著提高了生产力和环境效益。

粘结剂喷射金属3D打印技术将成为驱动3D打印行业发展的主流技术，根据3D科学谷全球市场研究合作伙伴AMPOWER，Binder Jetting 粘结剂喷射金属3D打印技术在技术成熟度方面取得了重大飞跃，例如通过更多可用材料，进入发展快车道。根据3D科学谷全球市场研究合作伙伴CONTEXT，随着金属3D打印技术类别中的粘结剂喷射金属3D打印技术走向成熟，该技术在汽车等交通工具应用领域的零件制造方面将渐入佳境。

正如3D科学谷《为大规模制造而生，粘结剂喷射金属3D打印设备技术一览》一文中提到的，粘结剂喷射金属3D打印技术，从生产效率、经济性的角度看充分的满足了面向量产的应用。高速、低成本，粘结剂喷射金属3D打印获得了业界的高度关注。粘结剂喷射金属3D打印技术的发展正在以不可思议的方式改变业界对这项技术先入为主的认知。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。