在路虎BAR帆船隊技術(shù)創(chuàng)新小組 (TIG) 的支持下，增材制造（3D打印）技術(shù) — 和許多其他尖端技術(shù)如人工智能、大數(shù)據(jù)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(chǎn)金屬增材制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打印技術(shù)，結(jié)合各自的優(yōu)點來制作零件原型。
雷尼紹為路虎BAR帆船隊制造的金屬3D打印液壓系統(tǒng)零件
來自PA Consulting公司的TIG項目經(jīng)理George Sykes評價說：“在團隊內(nèi)部，我們分三種不同的級別來應用3D打印技術(shù)。最簡單的一種是原型制作和可視化工具。當需要生產(chǎn)大批量的定制零件時，在確定最終成品之前，我們可以在內(nèi)部首先利用3D打印技術(shù)制作出全尺寸原型。”
路虎BAR帆船隊的設計室內(nèi)配有3D打印機，只需點擊幾下鼠標，工程師就能用塑料真實制作出設計師所構(gòu)想的幾乎所有模型。
“這種制作原型的方法非常有助于我們研發(fā)某些新零件，”路虎BAR帆船隊首席技術(shù)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(tǒng)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(chǎn)。”
雷尼紹新一代RenAM 500M工業(yè)型增材制造機器
船隊擁有一家裝備齊全的傳統(tǒng)加工車間，同時還擁有一個復合材料研究團隊。利用這些資源，船隊幾乎可以制作出想要的所有零件，但是如果能夠使用3D打印技術(shù)制作零件成品，那么他們毫無疑問會選擇3D打印。這種方式的一大優(yōu)勢便是可以大幅度地降低成本。
船首斜桅的端蓋就是一個很好的例子。它的形狀比較復雜，設計用于減少空氣阻力。該零件很適合通過塑料3D打印技術(shù)制作，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里，這個定制的端蓋零件一直是用碳纖維材料制成的，然而其制作過程耗時且需要豐富經(jīng)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(shù)小時內(nèi)便可將其生產(chǎn)出來，且僅需花費幾英鎊。
“但是，我們最高級別的3D打印應用則是雷尼紹提供的金屬增材制造技術(shù)，”Sykes補充道，“用金屬制造定制零件是3D打印技術(shù)中最前沿的領域。”
路虎BAR帆船隊T3訓練船在索倫特海峽上航行（圖片版權(quán)所有：Harry KH路虎BAR帆船隊）
金屬3D打印通過像紙一樣薄的精細金屬粉末層來制造零件，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淀粉類似。增材制造系統(tǒng)在充滿氬氣的惰性環(huán)境中工作 — 這如同燈泡中的環(huán)境；系統(tǒng)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(zhì)發(fā)生反應。利用激光束進行加熱，通過由軟件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(qū)域。
路虎BAR帆船隊最早采用該技術(shù)制作的零件是一個定制的滑輪外殼，用于活動披水板吊索內(nèi)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，零件最終采用了空心設計。除了增材制造技術(shù)，任何其他方法都難以制造出此類零件。
“增材制造技術(shù)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(tǒng)上花費了很多心思。在3D打印出現(xiàn)之前，該系統(tǒng)的所有零件都是通過切削實心金屬料坯來制造的。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，液壓流體并不‘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。如果采用傳統(tǒng)制造技術(shù)，這可能是零件的唯一設計方式，但是有了增材制造技術(shù)后，便可加工出內(nèi)含光滑圓角的零件，這將大大提高流體傳輸?shù)男省?/div>
“除了提升零件效能，我們現(xiàn)在還可以制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余的重量航行。這些以后都不會成為問題了。”
雷尼紹為其帆船的液壓系統(tǒng)生產(chǎn)了多個關(guān)鍵零件，但是船隊不愿透露過多的設計細節(jié)，據(jù)說新的AM歧管設計重量減少了60%，而效能則提升超過20%。
雷尼紹增材制造產(chǎn)品部產(chǎn)品市場工程師David Ewing說：“與路虎BAR的合作有助于提高我們的增材制造技術(shù)水平。增材制造包含一整套復雜的制造方案，涵蓋從零件設計到工藝流程等方方面面的專業(yè)知識。最好的應用是使用最少的材料來達到設計要求，產(chǎn)品具有實用的功能性優(yōu)點，且應在設計時便已將制造方法考慮在內(nèi)。我們?yōu)槁坊AR生產(chǎn)的液壓系統(tǒng)零件就是一個完美的例子。”
“雷尼紹在這場面向制造業(yè)未來的競爭中處于最前列，他們利用自身的優(yōu)勢為我們提供了實實在在的幫助。這項技術(shù)將在我們的制造理念中扎根，并且它將在未來的制造流程中發(fā)揮越來越大的作用。”Andy Claughton總結(jié)道。
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