工程机械制造行业早在90年代就已开始应用3D打印技术，经过多年的探索，卡特彼勒、博世力士乐等工程机械行业巨头都在积极地运用这一技术提升效率、降低成本以及打造核心竞争力。经过多年的探索，3D打印的定制化工装夹具、产品原型以及零件铸造中用到的砂模都已在工程机械领域发挥了重要作用。
近期，美国橡树岭国家实验室（ORNL）展示的世界首台3D打印挖掘机，以及卡特彼勒与3D打印专业服务商FIT公司建立的合作关系，都让人感受到3D打印技术又向工程机械零部件的直接制造和生产领域迈进了一步。本期，3D科学谷就与谷友共同来了解一下ORNL 实验室在工程机械零部件增材制造方面取得的成果和卡特彼勒在3D打印应用领域的新动向。
科研成果和工程机械巨头双双指向生产领域
由3D打印直接制造的三大部件
美国橡树岭国家实验室（ORNL）与美国设备制造协会、国家流体协会等机构共同开发了全球首台3D打印挖掘机。这台3D打印挖掘机于3月11日在IFPE展会中亮相。
在这台挖掘机中包括了三个由3D打印设备直接制造的零部件：驾驶室、动臂和热交换器。
挖掘机动臂长约2.1米，重量约为181千克，是由ORNL新开发的大型金属零件3D打印设备制造的，打印材料为低成本的金属，动臂在设计时已经为液压零件预留好内置的通道。
挖掘机的驾驶室是由美国伊利诺伊大学厄本那香槟分校的学生工程设计团队设计的，驾驶室采用了仿生设计，设计灵感来自于大自然里弯拱的树枝，驾驶室重量约68千克，设计团队表示这一驾驶室相比传统设计方案的驾驶室减重25%，同时强度是可以保证的。驾驶室是由ORNL实验室的BAAM(大幅面增材制造) 3D打印设备和碳纤维增强复合材料制造的。
挖掘机的3D打印热交换器重量约5.9千克，打印材料是铝。
开发工程机械金属3D打印零部件
在首台3D打印挖掘机亮相后不久，工程机械巨头卡特彼勒公司宣布其与德国最大的3D打印服务商FIT签订了三年的合作协议，双方将共同开发工程机械中的铝、钛两种材料的3D打印零部件。长期以来，卡特彼勒根据用户的需求有针对性的开发工程机械设备，与FIT在3D打印金属零部件开发领域的合作，将加强卡特彼勒在工程机械设备定制化开发方面的实力。
卡特彼勒增材制造工厂
相比ORNL实验室在3D打印直接制造工程机械大型零部件领域的探索性成果，或许卡特彼勒与FIT 合作开发的3D打印零部件能够更快的进入到工程机械生产领域，3D科学谷认为卡特彼勒和FIT在增材制造技术和应用领域积累的大量经验为此奠定了基础。
根据3D科学谷的市场研究，卡特彼勒早在1990年就建立了快速原型实验室，该实验室使用了大量的3D打印设备来制造推土机、挖掘机以及其他设备的零件原型，并且为生产车间制造工具。后来该实验室并入卡特彼勒成立的增材制造集团，集团使用FDM,SLA, SLS等3D打印设备制造测量工具、展示模型，组装夹具，手工具以及其他的功能部件。2016年，卡特彼勒在美国的研发中心成立了3D打印与创新加速器，从产品创新、为增材制造而设计和铸造三个方向推进3D打印技术的应用和成果转化。
FIT 工厂内部
FIT公司则不仅仅是一家3D打印服务商，该公司在软件、设计、工艺、材料等方面是全面发展的，其业务主要围绕着三块核心领域开展：原型、增材制造设计与制造（ADM)以及研发，研发板块主要涉及到系统、工艺以及材料的开发。不仅如此，FIT的业务还包括将自己打造的高度自动化的增材制造工厂和经验“复制”给需要将3D打印技术应用到生产领域的客户。FIT的增材制造工厂是高度自动化的，包括粉末的上下料装置，供粉装置通过工厂上方的管道贯穿起来，工厂通过软件来处理复杂的数据流，并记录工厂里所有的运转操作情况，这一系列的管理方式打造了工厂在精益生产领域的竞争力。
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