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EMAG eldec的创新: 增材3D打印制造可提高感应加热精度

传统上,用于感应加热的感应器其制造过程相当复杂。但即使有多年的丰富经验和精湛的制造工艺,也无法弥补传统制造方法的局限性。所有手工制造的产品一般都会存在微小的偏差。虽然可以轻松修正偏差,但在更换刀具时总是需要对其进行校正。所有机床操作人员都清楚了解这一点,在切削加工时也不例外。另一个限制性因素便是感应器的尺寸。感应器越小、越复杂,制造过程就越繁复——甚至无法再手工制造。这些局限性在过去很长一段时间内都无法突破,直到增材3D打印制造的出现,这一创新型制造工艺将感应加热技术推上全新的高度。

通过增材3D打印制造实现感应器的最佳冷却液流量
感应器制造中的增材3D打印制造
将感应线圈安装在感应器支脚上
EMAG eldec的MIND-L 1000感应淬火机床

EMAG eldec公司应用技术研发主管Dirk Schlesselmann博士兴奋地注视着机床粉末床身上不断闪烁的激光。在SLM(选择性激光熔化)工艺中,粉末逐步构建出感应器线圈的轮廓。

“对我来说,这真最激动人心的创新之一”Schlesselmann博士说,“设计完成后,只需要再进行一个中间步骤,就可以直接开始制造感应器线圈。”

在这个中间步骤中,需要进行增材制造的机床数据准备——这就是所谓的预处理。只有确保线圈在机床安装空间内的正确定向和支撑,才能实现最佳的表面质量、尺寸精度和使用寿命。

一个感应器线圈的平均制造时间为8-16个小时。随后必须对采用铜合金制成的刀具进行热处理,以使材料达到最佳的电导率。接着将线圈焊接在感应器支脚上,这个过程需要手动进行。“之后就可以将感应器投入使用,并进行初步测试。因此,在星期一将准备好的数据载入计算机中,到星期三就可以在测试实验室里测试首批工件了。整个过程真的非常快速”,Schlesselmann博士解释说。

增材3D打印制造可实现完美的冷却液流量

这种全新的工艺绝不仅仅只有速度这一项优势,因为从设计角度看,该工艺也提供了全新的可能性。

“如何为感应器进行最佳冷却是感应加热的一项重大挑战。为了最大程度地减少这种温度上升和由此导致的热膨胀,感应器中会有冷却剂流过。只有这样才能确保理想的使用寿命。通过增材3D打印制造工艺,我们可以对感应器的设计结构进行改进,从而确保最佳的冷却剂流量”,Schlesselmann博士解释说。为此,EMAG eldec充分结合工程学专业知识以及数字模拟软件的优势。使用软件可以计算和分析冷却液流量。举例来说,如果在感应器中出现没有任何冷却液流量的“死区”或流量过大的湍流,则可通过有针对性的拓扑结构调整来优化改进。由此即可消除热点,并实现尽可能大的均匀流量。SLM工艺可保证制造出符合设计要求的几何形状,从而实现最理想的感应器冷却性能。

“这种工艺的另一项优势便在于能高精度实现设计数据。打印和焊接而成的感应器线圈尺寸精度比手工制造的产品要高得多。我们通过使用3D测量臂来确保达到所需的尺寸精度。这样就能保证我们出品的每台感应器都能达到最佳的质量”,Schlesselmann博士进一步解释说。

新型工艺可实现复杂几何形状

在谈到这一工艺技术的优势时,Schlesselmann博士认为,除了之前已提到的制造技术创新之外,还有一项特别的优势:

“这是我们第一次在设计感应器时不受制造工艺的限制。现在,我们能制造出手工无法实现的感应器几何形状。我说的是那些极小型的高精密感应器,它们将用于全新工件种类的感应加热。在这方面,我们将与客户共同开辟全新的领域。这一点真的令人无比期待”,Schlesselmann博士说。

而且,这一工艺技术确实能像描述的那样可靠,这一点已经由EMAG eldec在选定客户的现场试验中得到证实。Schlesselmann博士报告说:“到目前为止,我们从客户那里获得了一致的好评。在使用寿命方面,我们还不能做出最终的明确评估,但根据迄今为止的试验结果,使用SLM感应器确实可以显著延长使用寿命。还有客户反馈说,与之前的感应器相比,现在使用的增材制造感应器的使用寿命已翻倍,而感应器本身尚无任何磨损迹象。”

增材3D打印制造成为EMAG eldec高精度工具系统的一部分

这一全新的制造工艺是EMAG eldec公司质量攻坚计划的一部分,旨在将感应淬火提高到一个全新的高度。

EMAG eldec将这一系列措施称为高精度工具系统或HPTS,这将为许多行业领域带来翻天覆地的改变。

“一切都从我们新款MIND-L 1000感应淬火机床的设计开始”,EMAG eldec公司淬火系统技术销售部负责人Andreas Endman解释说,“新型机床设计结构非常坚固,因此能达到特别高的精度。大约在同一时间,我们开始了增材制造试验,很快我们就意识到,我们发现了一个有望将感应淬火提高到全新质量水平的巨大商机。为避免因刀具在机床中的安装不正确而失去机床刚性结构和高精度感应器所带来的优势,我们设计出全新的感应器支脚和用于机床的感应器支座3D-线圈连接。这一创新与上述提到的打印感应器的3D测量相结合,可确保连续、高精度的感应淬火,而且无需在换刀时进行复杂的调整。这确实是一个巨大的技术进步”,Andreas Endmann最后总结说。