作為大型零件増材制造商，Thermwood開發(fā)了一種近凈成形制造零件的方法，首先采用高速3D打印出尺寸比所需零件稍大的尺寸，然后裁剪到最終尺寸和形狀。2017年，該公司與海軍空中系統(tǒng)司令部的東部艦隊備戰(zhàn)中心簽署了正式合作研究和開發(fā)協(xié)議，以合作開發(fā)大尺寸増材制造技術。2019年，Thermwood與美國空軍研究實驗室(AFRL)和波音公司合作開展研究項目——利用增材制造技術生產(chǎn)低成本快速響應模具，波音公司奧本工廠還擁有一臺Thermwood大型聚合物增材制造系統(tǒng)，其具有6m的打印床，可以打印寬3m、長6m、高5 1.5m的零件。2021年，普渡大學建立了用于大規(guī)模3D打印的Thermwood LSAM研究實驗室。
LSAM復合材料增減材設備及關鍵技術
LSAM是大型熱塑性復合材料增減材制造設備，其標準型號配有固定的工作臺以及可移動龍門架，在龍門架上安裝有擠出式3D打印頭和傳統(tǒng)銑削頭，使零件在同一設備上即可完成增減材制造，避免重新固定零件造成的誤差。
LSAM 1540設備具有雙龍門結構（工作臺尺寸15英尺×40英尺，4.5m×12m）
LSAM使用兩步法的“近凈成形”生產(chǎn)工藝。首先高速打印出比所需尺寸稍大的零件，然后通過精加工修整到最終尺寸和形狀。這是3D 打印大型結構最快、最有效的方法。使用LSAM設備，可以在同一臺機器上完成打印和精加工。若采用雙龍門結構，可以在工作臺的兩端同時進行一個零件3D打印和另一個零件的銑削加工，從而進一步提高效率。
LSAM設備幾乎可以加工任何熱塑性復合材料零件，包括高溫材料，如包括需在高溫條件下成型的PSU、PESU 和 PEI等，這些材料非常適合必須在高溫下條件下的模具和工具。系統(tǒng)集成了用于干燥和輸送聚合物材料的液體冷卻系統(tǒng)，以保持對重要系統(tǒng)的溫度控制，這對加工高溫材料尤為重要，因此能夠生產(chǎn)高質量、完全融合的產(chǎn)品。這些材料也主要用于生產(chǎn)模具和工具，大部分用于航空航天和工業(yè)生產(chǎn)應用。
LSAM對兩個零件分別進行3D打印和銑削加工
LSAM的關鍵技術包括以下幾方面：
一是先進的打印系統(tǒng)設計。其打印頭擠出機的大部分熱量來自加熱的機筒而不是螺桿旋轉與打印材料產(chǎn)生的摩擦，與傳統(tǒng)設計相比加熱更為均勻且不需要更換螺桿來加工不同的復合材料；打印頭使用特殊合金可支持高達450°C的加工溫度；聚合物熔體泵由伺服驅動控制流量，形成均勻輸出；其獨特設計的壓輪可實現(xiàn)打印層間無空隙，零件底部打印到特制粘板上，可消除冷卻應力和零件翹曲。
螺桿擠出機
二是強大的控制系統(tǒng)。LSAM集成了一個控制系統(tǒng)，能夠監(jiān)控和調整實時溫度，自動處理擠出和打印速度。當加載材料配置文件時，該聚合物的所有參數(shù)，如區(qū)域溫度和壓力限制都會自動設置；控制系統(tǒng)還能自動將熔體泵的輸出與機器運動速度同步，確保尺寸絕對精確，無論機器加速還是減速運行；
溫控壓輪圖
三是適用于大型零件增材制造的工藝軟件。具有拐角回拉補償?shù)裙δ?，可實現(xiàn)復雜零件編程并根據(jù)LSAM設備的打印特性進行自動調整。
特制粘板
咨詢電話：135 2207 9385
LSAM獨特的打印系統(tǒng)可生產(chǎn)高強度、完全融合、真空密封且?guī)缀鯚o空隙的零件。它不是實驗室或演示機器，而是一個成熟的工業(yè)增材制造系統(tǒng)，完全能夠用于生產(chǎn)大型組件。
波音驗證LSAM可行性
近日，波音研究與技術實驗室與Thermwood公司合作完成了一項由美國海軍資助的項目，內容為應用大幅面增材制造工藝試制可適用于熱壓罐工藝的復合材料工裝，驗證其作為低成本、快速制造方式替代傳統(tǒng)工裝制造方法的可行性。所制造的熱壓罐需要足夠耐用，能夠承受180℃和586Kpa的多次固化循環(huán)。
熱壓罐的尺寸約為1m x1m x 0.4m，波音公司采用LSAM1020設備和由碳纖維增強的PESU材料來進行零件打印，最紅使用277kg的材料，用時7小時26分鐘完成打印，并更換銑削頭在53小時內完成最終加工，工裝尺寸和表面質量達到了設計要求。經(jīng)過多次熱壓罐工藝循環(huán)試驗，工裝的真空保持性、尺寸穩(wěn)定性以及高溫耐久性均可滿足要求。該項目證明了LSAM設備在單一平臺上進行增減材制造用于復合材料工裝的能力，與傳統(tǒng)制造方法相比，可節(jié)省約50%的成本，并將制造周期縮短65%。
LSAM設備打印可適用于熱壓罐工藝的復合材料工裝
此外，Thermwood還層利用垂直層打印（VLP）專利技術成功打印出一個3.6米長的波音777x的修整工裝，增減材制造總耗時約43小時，驗證了LSAM設備的大尺寸低成本快速制造能力。在波音公司奧本工廠，還安裝了一臺具有6m的打印床的Thermwood大型聚合物增材制造系統(tǒng)。
波音777x的修整工裝
