世界上第一款3D打印防摔吉他诞生,这也太先进了

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来源:世界先进制造技术论坛,编辑:鲁班七号

对于制造业而言,3D打印是先进制造技术的载体,如果说几年前3D打印给很多人的印象还是华丽的概念,或者只是打印一些有趣的小物件的话,现在这一市场已经完全改观。

最近几年,一方面,消费者对3D打印的关注度已经下降;但另一方面,该技术在重型行业的应用广度和深度都在快速加强。3D打印不是用机器人取代工人,而是重塑现代的智能制造过程。

但这不是替代,而是关于创新设计和重新思考智能制造的问题,这就是制造业的数字化。近日,作为创新材料和制造领域的世界领先者,山特维克凭借一把3D打印防摔吉他,展示他们如何运用这项可持续的尖端技术来制造超高精度和超强耐用的产品。

这把全球首款山特维克3D打印防摔吉他,它以先进的材料、精密加工、增材制造、数据驱动的生产,打造出非常硬核且颜值担当的全金属防摔吉他。

目前许多行业领导者只是简单地接触3D打印,对于即将对已经延续了数百年的制造过程产生破坏的新技术保持非常谨慎的态度。但这一次,山特维克用一把防摔吉他重新诠释了3D打印技术。

那么,山特维克为什么要打造出这把硬核的吉他?又是如何将一把吉他做到狂摔不坏的呢?这里究竟用了哪些先进制造技术?下面我们一起来一探究竟:

01、全球首款3D打印防摔吉他,是如何诞生的?

几十年来,很多摇滚明星喜欢在演出中砸吉他,有的是为了演出效果,也有的是为了释放激情。

而在上面视频里面暴力砸吉他的明星,是瑞典出生的吉他演奏家马姆斯汀,曾被“时代”杂志评为世界上最伟大的电吉他手之一,他同时也是一名具有传奇色彩的吉他“破坏者”,已经在舞台上粉碎了30多年的吉他。这也是为什么山特维克选择将这把由他们精心设计打造的吉他送给马姆斯汀的原因。

山特维克通过制造世界上第一款全金属,通过马姆斯汀释放他的暴力粉碎技巧,让牢不可破的吉他来测试他们的尖端技术!

山特维克机械方案部的总裁克拉斯·弗斯特罗姆说,“先进的材料、精密的机械加工、增材制造技术、数据驱动生产,这些都是为大师级音乐家创造一把精密而迷人的吉他所需要的过程。但是我们同时想展示的是,无论马姆斯汀如何摔打,这把吉他都是坚不可摧的。这个项目完美体现了我们的技术和能力———当然还有马姆斯汀的技术和能力。”

02、狂摔不坏的吉他,前所未有的防摔结构设计

山特维克的开发工程师亨利克·罗坎恩从年轻时就开始弹吉他,他当时崇拜的偶像就是马姆斯汀。但他自己从来没有砸过一把吉他(“太贵了”,罗坎恩说)。所以,为了全面了解马姆斯汀“摔”吉他的过程,他特别在YouTube上查找资料。

罗坎恩说:“我们必须设计一款无论怎么摔都坚不可摧的吉他。在制作工程上最大的挑战无疑是琴颈和琴身的连接处,吉他上的这个部位经常开裂。”

山特维克的工程师们大胆地决定放弃这样的连接设计。取而代之的是采用一种前所未有的结构来制作吉他 ——即用回收不锈钢的实心棒在一台机器中整体磨制成琴颈和指板,并使二者都延伸进琴身深处的一个长方形主体轮毂。

为了使吉他尽可能轻,山特维克掏空了琴颈和指板的内部表面,甚至在有些部位将其铣削到极具挑战性的一毫米厚度。因为扇贝状指板能够帮助马姆斯汀更好地控制音符,工程师们不得不在长而滑的弧线间进行材料切割。

罗坎恩说:“精度至关重要。每个琴衍的高度必须完美地对齐,否则我们就会听到琴弦触碰琴衍的声音。”

03、刀刃上的数据,确保吉他完好无损

指板和琴颈的部件又长又细,在加工过程中特别容易发生变形。山特维克可乐满公司利用先进的软件,在首次切割之前对磨制工序进行数字模拟。

自动化过程意味着指板能够在一台机器上进行整体磨制。尽管这一过程需要90步单独的操作流程,但是制作中途从未出现停止机器设置新工具和重新切割的情况。

罗坎恩说:“你放了一片原材料进去,然后就出来了一个成品。这是一种更智能的改变材料的方法。你可以减少运转时间,增加工具寿命,并以更低的成本生产零部件。”

亨利克·罗坎恩相信,不锈钢结构加上他的同事们正在开发的高强度结构,将使这把吉他坚不可摧。他说,“我知道马姆斯汀以摔吉他而闻名,但这把吉他的结构和材料都非常坚固。我确信这把吉他最后会完好无损。”

04、先进的3D打印技术,分层打印的三维钛体

与此同时,另一个难题也需要被攻克——如何设计和制造极其复杂的吉他琴身。

吉他琴身采用直接金属激光烧结(DMLS)3D打印机,以钛粉为原料制作而成,打印层比人类的头发更薄,可以轻松地制作出吉他的琴身。

吉他的琴颈和指板由山特维克用一块回收不锈钢在一台机器上制作完成。吉他琴颈的背面从内侧挖空,只有1毫米厚。吉他的音量旋钮和用于固定琴弦的尾部构件也是用3D打印技术制作的。

山特维克决定使用增材制造技术或3D打印,因为这种技术能够带来更为自由的设计。极其复杂的无法磨制的内部结构被组装成组件,这样就会使得它们变得更轻巧、坚固和灵活。

参加吉他项目的增材制造工程师艾米丽·诺尔比介绍说,他们精心选择的打印技术能够在显微薄层中激光熔制钛粉。他们层层叠加,直到琴身完全建造出来。这种增材制造技术,又被称为粉末机床激光融合技术,对于创造极其复杂的几何形状元件是最为理想的。

诺尔比说,“顾名思义,增材制造技术通过增加材料来创造物体。它直接从数字设计中建立三维实体,通过一层一层添加细金属粉末,并用激光技术将它们完全融合在一起。”

每层都有50微米厚(比人的头发丝还要细)。打印琴身共花了56个小时。吉他的音量旋钮和尾翼也使用了3D打印技术。

05、按需取材,几乎能将浪费减少到零

诺尔比之所以选择从事增材制造行业,是因为她认为这是近年来出现的最具颠覆性的技术之一。它本身固有的可持续性使它能够成为引领未来的一项重要技术。

她说道:“增材制造更可持续,因为这项技术能够实现按需取材,几乎能将浪费减少到零。打印机中残留的任何粉末都可以在下一个项目中循环使用。“

除了尽可能地减少浪费外,增材制造还能压缩供应链中的步骤。“增材制造可以直接从一个数字设计得到一个三维产品。如果把生产地点设在产品使用地点附近,还可以减少储存,包装甚至运输零部件等环节,“诺尔比说。这名顶尖的工程专业学生之所以到山特维克工作,就是看中了在这里能够获得用先进的技术解决高度复杂的生产挑战的机会。

她说:“在我的周围活跃着一群世界级的创新思想家。我正在参与着一场如火如荼的增材制造技术的工业革命。这个吉他项目让我们有机会合作并测试我们的新创意。再过几年,这些想法就可以被用来做完全不同的事情,从而让世界变得更美好。“

06、3D打印风靡全球,未来智能制造的必然趋势

作为一项新型技术,3D打印(增材制造)风靡全球。那么,什么是“增材制造”呢?

通俗讲,是“通过增加材料来制造东西”。专业一点,是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片,然后把打印材料按切片图形逐层叠加,最终堆积成完整的物体。不同于传统机加工那样的减材制造”。增材制造一个显著特点是高效。

3D打印是一项颠覆性的创新技术,被美国自然科学基金会称为20世纪最重要的制造技术创新。麦卡锡报告列出了对人类生活有颠覆性影响的12项技术,3D打印排在第九位,在新材料和页岩气之前。麦卡锡报告预测在2030年3D打印将在全世界达到1万亿美元左右的效益。2015年麦卡锡报告又将这一进程前移,认为增材制造2020年可达到5500亿美元的效益。

3D打印可以打印许多材料、任意复杂形状、任意批量,可以应用于各工业和生活领域,可以在车间、办公室及家里实现制造。在理论上,3D打印无处不在,无所不能。但许多材料的打印、工艺的成熟度、打印成本、效率等尚不尽如人意,需要多学科交叉的创新研究,使之更好、更快、更廉价。

如今,增材制造给工业带来的巨大收益不仅体现在当前主流的快速还原创建应用中,也体现在最终使用零件的制造中。此项技术彻底释放了设计师和制造商的想象力,摆脱以往的时间或金钱限制。寻找更多减轻重量、减少零件数量的方法,或完善一项独特的设计。以前所未有的速度和效率,对各种工具、夹具、治具和可用零件进行原型制作、测试及生产,帮助企业重塑设计和工业制造的方式。

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