沙特和美国开发热压罐工装增材制造技术

【据增材制造杂志期刊今年5月3日报导】沙特基础工业生产企业(SABIC)和新罕布什尔研究所高校协作进行了一个新项目，探寻应用大幅度幅面增材制造(LFAM)技术性造就用以生产制造航天航空高分子材料零件的热压罐工装的发展潜力。

与LFAM对比，传统式的用金属材料CNC加工生产制造热压罐工装的方式 ，具备与原材料和CNC時间有关的早期成本费，及其设计概算的附加成本费。应用LFAM生产制造相近工装有利于降低更迅速地生产制造批量生产、繁杂工装的开支和時间。因为LFAM对CNC金属材质的激光切割加工的打印速率提升，因而能够在生产制造单独CNC金属材料工装需要的時间内三d打印好几个设计方案迭代更新。除此之外，从电子计算机转化成的文档迅速三d打印工装的工作能力清除了长期性储存工装的必须和成本费，由于必需时能够打印新专用工具。

涉及到塑胶材料的大幅度幅面增材制造应用根据挤塑机筒熔融的再生塑料开展三d打印，并逐级挤压以搭建零件。因为LFAM加工工艺是颗粒入料，因而原材料具备普遍的易用性，包含带有玻纤、复合材料、矿物质等的添充热固性塑料化学物质，使设计师可以出示用未添充的环氧树脂没法保持的抗压强度和线膨胀系数。伴随着零件的扩大，在打印和最后应用全过程中，保持打印构造对构造提升的要求越来越愈来愈关键。

LFAM可以打印较小的打印加工工艺不能保持的大中型零件，并可以建立繁杂的几何图形零件，而这种零件难以使用传统手工艺(如注塑工艺)生产制造。与传统式生产制造方式 对比，LFAM打印速率可保持迅速原形和设计方案的数次迭代更新，减少开发进度和交货周期时间。在衡量必须早期项目投资的批量生产方式 时，以较低的成本费和時间项目投资保持批量生产订制生产制造是将会的。

为严苛的热压罐自然环境找寻适合的环氧树脂/填充料系统软件组成变成挑戰。要应用LFAM工装更换金属材料工装，原材料务必打印优良，而且也要承担应用需要的负荷、溫度循环和规格规定。打印工装的规格可靠性尤为重要，由于工装的挪动会对最后构件品质造成不良影响。

·挑选

本科学研究中提及的热压罐工装规定可以承担350°F的热压罐循环，另外工作压力小于85-90 psi。 该工装必须承担超出10次热压罐循环，维持真空泵一致性，并在髙压罐干固以前、期内和以后维持工装表面上±0.005英尺的规格轮廊尺寸公差。

针对工装的原材料，挑选LNP Thermocomp AM EZ006EXAR1化学物质，因为它出示了Ultem环氧树脂及其用以规格操纵的添充包的组成，Ultem环氧树脂是航天航空运用中大家都知道的高溫原材料。

本科学研究挑选的工装几何图形样子，与普遍的制造行业和运用有关，与军工用四轴飞行器上应用的零件相近。 精英团队设计方案了一个超大型规格的工装，便于将表面生产加工到需要的最后规格。

该工装在坐落于密苏里州皮茨芒特的SABIC高聚物生产加工研发中心(PPDC)打印，应用辛辛那提企业的大幅度幅面增材制造(BAAM)数控车床。

BAAM打印机包括一个含有六个加温区的单螺杆挤出机，每一地区都能加温到500°C，挤出机螺杆可解决添充的高聚物。应用一个具备交叠线添充图案设计的双表面设计方案，在2.5钟头内打印了有140层的工装。

LNP Thermocomp AM EZ006EXAR1化学物质在打印全过程中主要表现出一致且平稳的聚苯乙烯颗粒规格，且聚苯乙烯颗粒表面光洁。在打印后查验时，全部零件仅主要表现出很低水平的涨缩。

因为大幅度幅面增材制造技术性能够打印到近净成型，因而只必须一次生产加工实际操作就可以得到最后规格。生产加工后的工装被送至田纳西州诺克斯希尔的Tru-Design，用以TD Seal HT镀层的运用。 TD Seat HT是一种薄的喷漆建筑涂料，可与高溫LFAM原材料黏合而不容易在热压罐循环全过程中裂开，可出示光洁且真空泵密封性的工装表面。

·检测

——环节1

新罕布什尔研究所高校对进行的工装开展了原始环节1检测。在环节1的扫描仪和真空泵检测期内，未检验到明显的真空泵损害，说明TD Seal HT出示了优良的密封性表面。

——环节2

第二阶段的检测是热压罐循环，在SABIC的PPDC加工厂进行。在每一循环期内，将高分子材料起模置放在工装上并且用热压罐干固高分子材料。高分子材料起模和热压罐加工工艺包含由Renegade 原材料企业生产制造的双层RM 2005环氧树脂/碳预浸料。

针对每一热压罐循环，遵照下列流程：

1.在室内温度下真空泵维持90分钟。

2.每分加温5°F至350°F±10°F，释放30±5 psig的工作压力，直到溫度做到225°F±5°F。

3.在溫度超出225°F后，释放85±5 psig的热压罐工作压力并列放进空气中。

4.维持溫度在350°F±5°F，不断120-135分鐘。

5.以每分5°F的速率制冷。当溫度小于302°F时，缓解压力。

该全过程反复五次。在第五个循环以后，应用Creaform企业HandyScan 三d便携式扫描仪扫描工装。扫描仪剖析显示信息，99.7%的工装表面在第一阶段检测进行后开展的基准线扫描仪的±0.004英尺内。该百分数表达数据分布与基准线的三个相对标准偏差。

——第4环节

在环节3期内，该工装亲身经历此外五次热压罐循环。应用同样的程序流程，但热压罐工作压力从100psig提升至85psig。进行循环后，再度扫描仪工装。

与基准线扫描仪对比，結果与前五次热压罐循环后的結果类似：99.7%的生产加工表面在基准线扫描仪的±0.004英尺范畴内。

——第6环节

在环节4中，应用与环节3检测中同样的起模将工装曝露于最终10次热压罐循环。进行全部循环后，再度漏洞扫描工具并与初始基准线开展较为。如此前的较为图示，99.7%的生产加工表面在初始基准线扫描仪的±0.004英尺范畴内。

·結果

在前五次热压罐循环后，工装主要表现出间距基准线±0.004英尺的最少挪动。此外十五个循环显示信息相近的扫描结果，说明产生的原始健身运动被分离出来到最开始的五个热压罐循环。在最开始五次热压罐循环后，工装平稳而且在剩下的热压罐循环检测期内沒有继续移动。出自于本科学研究的目地，仅纪录工装的永久性形变，而不是在具体热压罐加工工艺中将会产生的临时性挪动。

只能当将接纳阀值减少到0.001英尺时，才可以见到工装表面健身运动的方位。除开紧紧围绕工装附近的向内健身运动以外，沒有发觉显著的发展趋势，这很可能是源于真空泵带刮擦和清除造成的表面损坏。

最后得出结论，在五个规范350°F热压罐循环后，工装显示信息出低于±0.004英尺的健身运动。 这在航天航空工业生产中普遍的±0.005英尺尺寸公差范畴内。在附加的十五个循环后基本上沒有产生事后健身运动。

创作者和精英团队了解到必须在未来工作上，量化分析应用LFAM与目前工装方式 的具体時间和成本费节约，基本估算显示时间和成本费会明显节约。

该科学研究确认，大幅度幅面增材制造是生产制造热压罐工装的行得通方式 ，该工装可承担最少20个规范热压罐循环，而不容易在零件中导入规格不精准。