工程機械制造行業早在90年代就已開始應用3D打印技術，經過多年的探索，卡特彼勒、博世力士樂等工程機械行業巨頭都在積極地運用這一技術提升效率、降低成本以及打造核心競爭力。經過多年的探索，3D打印的定制化工裝夾具、產品原型以及零件鑄造中用到的砂模都已在工程機械領域發揮了重要作用。

近期，美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)展示的世界首臺3D打印挖掘機，以及卡特彼勒與3D打印專業服務商FIT公司建立的合作關系，都讓人感受到3D打印技術又向工程機械零部件的直接制造和生產領域邁進了一步。本期，小編和大家共同來了解一下ORNL 實驗室在工程機械零部件增材制造方面取得的成果和卡特彼勒在3D打印應用領域的新動向。

科研成果和工程機械巨頭雙雙指向生產領域

由3D打印直接制造的三大部件

美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)與美國設備制造協會、國家流體協會等機構共同開發了全球首臺3D打印挖掘機。這臺3D打印挖掘機于3月11日在IFPE展會中亮相。

在這臺挖掘機中包括了三個由3D打印設備直接制造的零部件：駕駛室、動臂和熱交換器

挖掘機動臂長約2.1米，重量約為181千克，是由ORNL新開發的大型金屬零件3D打印設備制造的，打印材料為低成本的金屬，動臂在設計時已經為液壓零件預留好內置的通道。

挖掘機的駕駛室是由美國伊利諾伊大學厄本那香檳分校的學生工程設計團隊設計的，駕駛室采用了仿生設計，設計靈感來自于大自然里彎拱的樹枝，駕駛室重量約68千克，設計團隊表示這一駕駛室相比傳統設計方案的駕駛室減重25%，同時強度是可以保證的。駕駛室是由ORNL實驗室的BAAM(大幅面增材制造) 3D打印設備和碳纖維增強復合材料制造的。

挖掘機的3D打印熱交換器重量約5.9千克，打印材料是鋁。

開發工程機械金屬3D打印零部件

在首臺3D打印挖掘機亮相后不久，工程機械巨頭卡特彼勒公司宣布其與德國最大的3D打印服務商FIT簽訂了三年的合作協議，雙方將共同開發工程機械中的鋁、鈦兩種材料的3D打印零部件。長期以來，卡特彼勒根據用戶的需求有針對性的開發工程機械設備，與FIT在3D打印金屬零部件開發領域的合作，將加強卡特彼勒在工程機械設備定制化開發方面的實力。

卡特彼勒增材制造工廠

相比ORNL實驗室在3D打印直接制造工程機械大型零部件領域的探索性成果，或許卡特彼勒與FIT 合作開發的3D打印零部件能夠更快的進入到工程機械生產領域。卡特彼勒和FIT在增材制造技術和應用領域積累的大量經驗為此奠定了基礎。

根據研究，卡特彼勒早在1990年就建立了快速原型實驗室，該實驗室使用了大量的3D打印設備來制造推土機、挖掘機以及其他設備的零件原型，并且為生產車間制造工具。后來該實驗室并入卡特彼勒成立的增材制造集團，集團使用FDM，SLA， SLS等3D打印設備制造測量工具、展示模型，組裝夾具，手工具以及其他的功能部件。2016年，卡特彼勒在美國的研發中心成立了3D打印與創新加速器，從產品創新、為增材制造而設計和鑄造三個方向推進3D打印技術的應用和成果轉化。

FIT 工廠內部

FIT公司則不僅僅是一家3D打印服務商，該公司在軟件、設計、工藝、材料等方面是全面發展的，其業務主要圍繞著三塊核心領域開展：原型、增材制造設計與制造(ADM)以及研發，研發板塊主要涉及到系統、工藝以及材料的開發。不僅如此，FIT的業務還包括將自己打造的高度自動化的增材制造工廠和經驗“復制”給需要將3D打印技術應用到生產領域的客戶。FIT的增材制造工廠是高度自動化的，包括粉末的上下料裝置，供粉裝置通過工廠上方的管道貫穿起來，工廠通過軟件來處理復雜的數據流，并記錄工廠里所有的運轉操作情況，這一系列的管理方式打造了工廠在精益生產領域的競爭力。