發(fā)動機(jī)對于汽車來說其重要性好比是心臟對于人類，而對于那些做工精致，每款數(shù)量極少的老爺車來說，其發(fā)動機(jī)一旦過了服役壽命，那整個(gè)老爺車就處于“癱瘓”狀態(tài)，很多老爺車的原廠發(fā)動機(jī)早已停產(chǎn)，而且廠家處于運(yùn)營成本的考慮也不可能為了某個(gè)老爺車專門保留其備品備件太久，甚至有的連發(fā)動機(jī)的CAD圖紙都無法找到。這時(shí)候老爺車就面臨著一個(gè)尷尬的局面，要換個(gè)新的發(fā)動機(jī)重獲新生？這個(gè)代價(jià)有多高？
而3D打印技術(shù)由于其高度的靈活性不僅僅在研發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域有其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，在逆向工程領(lǐng)域的作用更是不容小覷。這讓以經(jīng)濟(jì)的成本為老爺車重新制造個(gè)嶄新的發(fā)動機(jī)成為觸手可及的事情。
首先，我們來理解3D打印可用于發(fā)動機(jī)制造的幾種工藝，一種工藝是3D打印熔模，然后在熔模外包覆若干層耐火材料制成型殼，再將高溫熔化3D打印出的熔模部分，從而獲得無分型面的鑄型，可用熔模鑄造法生產(chǎn)的合金種類有碳素鋼、合金鋼、耐熱合金、不銹鋼、精密合金、永磁合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。
第二種工藝是3D打印砂模，然后與第一種方法獲得鑄型后的工序類似，進(jìn)行金屬澆鑄的工序。第三種工藝是3D打印金屬，該工藝不涉及金屬澆鑄的工序，某種意義上通過3D打印金屬“替代”鑄造工藝。
這三種3D打印解決方法都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，如何揚(yáng)長避短？適合你的才是最好的。本期，我們通過voxeljet-維捷（中國）在歐洲的案例來領(lǐng)略如何通過熔模鑄造為老爺車換“心臟”。
與時(shí)間賽跑，打賭贏了
Hispano-Suiza老爺車是西班牙早期著名汽車品牌，成立于1904年。在上個(gè)世紀(jì)二三十年代的西班牙，這個(gè)汽車品牌成為西班牙豪華汽車的代表領(lǐng)域，那個(gè)時(shí)候的就連勞斯萊斯也有很多部件及設(shè)計(jì)模仿Hispano-Suiza，而其象征吉祥的“鸛”則被制成了雕塑，傲立在Hispano-Suiza車頭。
對于一輛76歲的Hispano-Suiza K6老爺車來說，要讓它重獲威風(fēng)就需要更換其鋁合金發(fā)動機(jī)缸體。LF INGénierie是一家專注于先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)項(xiàng)目的工程公司，他們接受了給Hispano-Suiza K6換發(fā)動機(jī)的挑戰(zhàn)：在僅僅幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)制造出一個(gè)相同的Hispano-Suiza K6 1933六缸鋁合金發(fā)動機(jī)缸體。
原來的發(fā)動機(jī)經(jīng)歷了長年累月駕駛的損耗和期間連續(xù)的修復(fù)破壞，最后一次的修復(fù)是沉積焊接技術(shù)，要更換如此精密的發(fā)動機(jī)缸體唯一的解決辦法是用熔模鑄造技術(shù)來建造一個(gè)新的。
第一階段通過SolidWorks軟件來完成CAD模型，三維CAD模型是針對于熔模鑄造工藝的要求來構(gòu)建的，在不到2個(gè)星期內(nèi)，每天工作15小時(shí)，建模的工作完成了。然后voxeljet（維捷）在法國分公司的原型快速制造專家，通過voxeljet（維捷）的設(shè)備48小時(shí)內(nèi)完成了熔模的打印工作，然后送到鑄造廠進(jìn)行熔模涂覆、燒制和精密鑄造的工序。
voxeljet（維捷）設(shè)備通過粘合劑將顆粒材料選擇性地逐層進(jìn)行粘合而制成模具。其PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）3DP打印技術(shù)為熔模鑄造帶來了明顯的優(yōu)點(diǎn)：
經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)：投資鑄造模型被逐層打印，不需復(fù)雜且昂貴開模。
大幅面打印：大型模具可在成形尺寸達(dá)1，000 x 600 x 500 mm的平臺上進(jìn)行打印。
快速可用性：最快僅需3個(gè)工作日即可交貨。
復(fù)雜的組件：幾乎無限制的幾何形狀。
精密的模型：源于150微米的層厚度和高達(dá)600 dpi的打印分辨率。
尺寸精度高：無熱變形——即使是在大型3D熔模制造應(yīng)用上。
適用于熔模鑄造：殘留的灰分含量很低且在燃燒過程一般沒有擴(kuò)張，熔模不損壞陶瓷外殼（無外殼破損）。
表面光潔：以滲蠟保證熔模鑄造零件表面的流暢或以環(huán)氧樹脂以增加強(qiáng)度呈現(xiàn)模具。
熔模鑄造需要注意的是在燒制的過程中，其熱膨脹系數(shù)和外面包裹的防火材料不同，所以熔模工藝中需要關(guān)注是否會因?yàn)榕蛎浽驅(qū)е峦鈿な軗p，而在Hispano-Suiza K6的案例中，進(jìn)一步證明了voxeljet（維捷）用于PMMA的可靠性，不僅是材料無變形，另外3DP技術(shù)的一大特點(diǎn)是工業(yè)級的制造速度，并且材料成本低也是其工業(yè)化應(yīng)用的另一個(gè)因素。
在鑄造廠進(jìn)行鑄造工序的同時(shí)，LF INGénierie就開始了對鑄件后期CNC機(jī)加工工藝的準(zhǔn)備工作。在拿到鑄件后，車間就進(jìn)入了馬不停蹄的機(jī)加工環(huán)節(jié)，三個(gè)月過去了，76歲的Hispano-Suiza K6老爺車重獲新生，吉祥之“鸛”又重新傲弛在道路上。
