案例研究

流的狮子设计重新设计一个模态锤与多射流熔合

工程咨询公司利用3D打印技术改进产品设计

保罗镰刀一直在高性能的前沿工作, 工业技术是他整个职业生涯的全部. 他的经历可以追溯到洛克希德SR-71项目的后期, f - 22猛禽, 甚至还包括与几个太空机构合作开发一种高超音速飞行器材料.

今天, 西克尔斯经营着自己的咨询公司, 流的狮子设计有限公司, 哪家公司专门应用最新技术来帮助公司解决关键的工程问题. 最近,流的狮子依靠 3 d打印技术 解决电力公用事业行业公司面临的挑战.

西克尔斯的客户有兴趣解决业内普遍关注的一个燃烧涡轮问题. 需要有一种方法来调查涡轮机,以确定哪些是最高风险的故障.  于是,西可斯被叫来帮忙解决这个问题.

部分解决方案依赖于从组装的发动机中收集振动响应数据,这一过程通常被称为模态测试.  一旦收集, 这些数据将被用来显示哪些引擎最容易受到振动的影响, 这样他们就可以得到相应的管理.

振动响应数据是通过一种名为模态锤的精密仪器敲击零件来收集的. 被测部件通常装有加速度计,加速度计将测量结果发送到另一个称为信号分析仪的设备.  通过敲击零件和测量其对冲击的反应,可以了解零件对振动的反应.

乍一看

挑战
在脑海中有一个新的模态锤设计, 保罗镰刀, 流的狮子 Design的创始人, 需要一个小批量的生产解决方案,可以生产耐用的, 精确的零件.

解决方案
流的狮子 Design公司邀请proolabs公司通过多射流融合来生产生产部件, 生产级3D打印工艺.


结果
3d打印的部件适合装配,并且足够耐用,可以用于工业用途. 随着其改善的人体工程学和更多的功能大小, 新的模态锤将测试时间缩短了一半.

流的狮子的新模态锤设计比商业上可用的锤更紧凑,使它更容易在拥挤的环境中使用, 工业设置.

寻找小批量生产的解决方案

这种方法有一个问题——这些类型的测试最适合实验室环境, 而不是在燃烧式涡轮机里.  这些测试要求西克尔斯爬进发动机进行数百次振动测试. 没过多久,他就意识到通常在实验室中使用的模态锤并不是为这种特殊应用而设计的.

他很快发现要在发动机内操纵铁锤是极其困难的. 他指出, “当进入涡轮发动机, 那是一个相当狭窄的环境, 在测试过程中,这些部件几乎没有可见性.“这使得用锤子敲击很难干净利落,导致数据不佳. 

他也无法足够快地测试部件,因为锤子太笨重了. “当你在电厂做这种工作时, 每件事都必须按照计划和严格的时间表完成,”镰刀解释说. “我必须快速进出.”

经历了商用锤子的缺点后, 西克尔斯开始设想一种新的模态锤,它可以在工业环境中表现得更好.  因此,像任何一个工程师都会做的那样,他决定自己采取措施,创造一个新的设计. 他想改进锤子的人体工程学, 减少它的大小, 并结合其他增强功能,使数据收集过程更快、更可靠.

“我看着这个工具,想看看我能如何改进它. 我开始思考我可以做些什么改变,然后用3D打印来制作这个设备的原型.”
使用3D打印技术,西克尔斯在完成设计之前进行了几次迭代. 对于最后一部分, 他转向了多射流融合公司, 惠普公司开发的生产级3D打印工艺.

“我看着这个工具,想看看我能如何改进它. 我开始思考我可以做些什么改变,然后用3D打印来制作这个设备的原型,”镰刀. “我试验了不同的原型来验证新的设计.”

经过几次迭代,最终的设计才浮出水面, 他开始考虑如何制造这个零件. “新设计的进步如此之大,以至于我开始引起那些想要购买这个工具的人的兴趣. 我现在面临的问题是如何使改良后的锤子能够提供给客户,”他解释说.

在寻找合适的制造工艺时,西克尔斯概述了生产部分的几个关键优先事项. 最后一部分需要足够耐用,能够承受反复的撞击, 有紧密的公差,以适当的接口力传感器组件, 和, 因为他可能一次只需要几个零件, 低产量的经济生产.

3D打印——不仅仅是原型制作

第一个原型是在流的狮子的桌面3D打印机上制作的, 但西克尔斯知道,要想让最终用途的部件更加坚固耐用,必须提高其耐久性和整体质量.  这时他求助于proolabs.

在与Protolabs应用程序工程师讨论了零件的要求之后, 他权衡了把这个部分全部建成的好处 选择性激光烧结 (SLS)或 多射流融合 (MJF),均为生产级3D打印工艺.

由于成本较低,西克尔斯最终决定使用MJF, 细特性精度, 与SLS相比,表面光洁度更高. 这种生产级的3D打印技术将使他能够建立一个耐用的尼龙部件,具有精确的特征,适当地适合于装配中的其他部件.

新设计击中要害

新的锤子设计成功地解决了Sickles在使用现成工具时遇到的问题. 它不仅更符合人体工程学,也更容易使用, 但3d打印部件的强度和耐用性足以在现场使用. 西克尔斯说,新铁锤使他收集数据的速度提高了一倍.

 “这个角色非常成功. 这些公差正是我所需要的.

“除了功能, 重要的是,该部分有正确的表面光洁度和耐久性, 因为这将被用于现场,而不仅仅是一个原型,”他说. “这个角色非常成功. 这些公差正是我所需要的, 它与装配件完全吻合, 珠子爆炸和黑色染料完成看起来很棒,同时给锤子完美的纹理.”

通过利用proolabs的3D打印云顶集团游戏app, 镰刀可以回来打印更多的锤子,因为他们订购. 另外, 按需生产的模式, 他有能力在不淘汰库存的情况下迭代设计.

“这种应用非常适合3D打印的生产,”西克尔斯指出. “因此,人们往往倾向于依赖增材制造来制作原型,然后在进入生产后转向成型或机加工. 但对我来说, 我所需要的3D打印零件的精确数量确实是一种有效的商业模式.”