一、增材制造速度提高 20 倍 使用壽命更上一層樓

為了結(jié)合增材和減材制造方法的優(yōu)點，亞琛塑料加工研究所 (IKV) 開發(fā)并成功實施了一種混合制造單元。

該混合制造單元的核心部件是現(xiàn)代化 6 軸機器人形式的定位系統(tǒng)，它配備標準化工具更換系統(tǒng)，從而確保了最大的自動化和靈活性。在 IKV 開發(fā)的方法中，增材制造步驟使用以塑料顆粒操作的螺桿型塑化單元。與基于細絲的制造技術(shù)相比，此方法可以在處理增強級塑料化合物的同時實現(xiàn)高通量。除增加通量外，由于使用經(jīng)濟效益更高的顆粒，還大大降低了成本。

精密細絲的制造費用非常昂貴，通常比上述使用塑料顆粒的方法貴 10-30 倍。

在混合制造單元中，抓握系統(tǒng)或銑削工具可根據(jù)需要與定位系統(tǒng)連接。因此，該單元可以進行其他加工，如提供沉積器形狀以集成附加功能或減材后加工來保持尺寸精度。

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二、定義

基于 3D 體積模型分層構(gòu)建部件的過程被定義為增材或生成制造方法。這些方法通常又稱為 3D 打印。相反，減材制造是指通過減少材料來制造部件。例如，通過磨削、鉆孔或銑削的方式用材料坯料生成體積更小的部件。

IKV 的混合制造單元在 73 分鐘內(nèi)制造的 90 cm 高的旋翼（左圖）以及通過顯微鏡記錄的所制造部件的表面性能（右圖）。

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三、增材制造領(lǐng)域的全新可能

高填充增強塑料化合物的加工為增材制造開創(chuàng)了全新可能性，是位于德國下齊森 AKRO-PLASTIC 安科羅公司的核心競爭力。碳纖維增強型 AKROMID?B3 ICF 30 9 AM 已被亞琛塑料加工研究所 (IKV) 成功應(yīng)用于這種新開發(fā)的熔融沉積成型工藝（MDM 工藝）。

由于碳纖維增強化合物的導(dǎo)熱性更好，會帶來更快的冷卻速度，加上高填充增強塑料批次和批次之間的穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)了擁有高生產(chǎn)速度的穩(wěn)定制造工藝，并獲得了出色的機械性能。為了改善配料和喂料速度，AKROMID?提供了直徑小于 1 mm 的顆粒，以便使用更精細的配料系統(tǒng)，大幅縮短停留時間。

碳纖維增強的塑料粒子

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請觀看視頻！本視頻展示了增材制造的加工工藝。本視頻錄制于 2018 年漢諾威工業(yè)博覽會。

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四、Nicolai Lammert — 亞琛塑料加工研究所

1. 極限應(yīng)力水平

Nicolai Lammert 是亞琛塑料加工研究所“增材制造”團隊的負責(zé)人，負責(zé)開發(fā)和實施混合制造單元，他非常看好新方法：“憑借我們的制造技術(shù)和 30% 碳纖維增強聚酰胺 6，我們能夠?qū)崿F(xiàn)部件在水平制造方向上（XY 方向）148 MPa 和垂直制造方向上（Z 方向）40 MPa 的極限應(yīng)力水平。

Z 方向的性能相當(dāng)于純 尼龍單六基礎(chǔ)熱塑性塑料機械性能的 85%。由于工業(yè)機器人的靈活移動性，化合物材料的各向異性和水平制造方向上的高機械性能現(xiàn)在可以專門用于后續(xù)部件中機械性能的負載路徑調(diào)整。在當(dāng)前 6 g/min 的放電容量，與基于 FLM 的制造方法相比，它還可以將生產(chǎn)速度提高到20g/min。我們也從這里看到了更多潛力。”

聯(lián)系人：

• Nicolai Lammert 先生

  亞琛工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士 - 模具技術(shù)/增材制造研究助理 ?

• Jakob Onken 先生

  亞琛工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士 - 部件設(shè)計和材料技術(shù)研究助理

• Jan Dormanns 博士 - SMP Deutschland GmbH

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2. 大尺寸部件

由于使用一系列經(jīng)過生產(chǎn)測試的工藝熱塑性塑料能夠明顯提高生產(chǎn)速度，混合制造單元不僅限于原型生產(chǎn)，而是為快速制造開辟了新的可能。

這種大尺寸部件的典型應(yīng)用是針對位于伯欽根的汽車供應(yīng)商 SMP Deutschland GmbH 的儀表板進行高度集成仿生支撐結(jié)構(gòu)的概念研究。前期開發(fā)的項目經(jīng)理 Jan Dormanns 博士談到：“在這種仿生結(jié)構(gòu)中，橫梁和進氣管以及安全氣囊，轉(zhuǎn)向柱，顯示屏和包覆部件的連接器都被組合成一個支撐單元。

在減少使用工具和節(jié)省投資超過 150 萬歐元的整體概念下，快速制造能夠為這些結(jié)構(gòu)的小批量制造節(jié)約成本。IKV 的 MDM 方法和 AKRO-PLASTIC GmbH 的化合物為這些概念在未來的工業(yè)可行性做出了巨大貢獻。”

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未來的快速制造可能應(yīng)用于：SMP Germany GmbH 儀表板仿生支持結(jié)構(gòu)的概念研究。

聯(lián)系人：

• Jan Dormanns 博士（高級開發(fā)核心人員）

• AKRO-PLASTIC 專家

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