3D打印喷头在固体成形领域的全新应用

王友岑

摘要：经过设计的优化和功能的改进，3D打印喷淋装置为铝锻件生产中的模具维护带来了极大的改善。3D打印的铝制喷淋装置不仅工作稳定可靠且拥有极优的喷淋效果。与传统的钢制材料相比，其重量也减轻了90%，这就允许传递系统进行更快速的动作和响应，在每次单独的打击行程之间，同时完成吹扫氧化皮，冷却模具表面，喷涂润滑剂和干燥模具表面的工艺需求，而传统的喷淋装置，则无法满足在有限时间内完成上述工序。同时，通过配合使用西马克集团提供的步进梁系统，锻造生产线可在实现高生产节拍的同时又能显著延长模具的使用寿命。

关键词：3D打印喷头;固体形成;应用

一、新式的3D打印喷淋头的巨大优势

虽然传统的板式喷淋头依然是目前应用最广泛的，但新式的3D打印喷淋头已经表现出了巨大的优势。首先，传统的板式喷淋头受限于其多级板结构，最大运行压力只能达到3bar，否则压缩空气和喷淋液将从级板之间溢出。其次，几十个用于锁紧喷淋板的小螺栓也有掉入模具的风险，若意外掉落的螺栓与工件一同被锻造，会变成一个安全隐患。再次，与3D打印件的圆形且流动性做了优化的管路相比，板式喷淋头的方形管路易于聚集污物或石墨，需要反复清洗，而创新型的3D打印喷淋头则不存在这种问题。同时，3D打印喷淋头需要的零件更少，几乎免维护。而通过3D打印实现的轻量化也是传统制造方法所无法做到的。

二、客户案例分享

西马克集团为一家著名的电动汽车制造商提供了MP2500热模锻压力机（图1）和ARWS1A型辊锻机，该生产线主要用来生产汽车底盘锻造部件。

3D打印喷头可承受高达10bar的压力。同时，得益于其更大的间隙，在设置喷雾时可对介质进行精确的配比和定量，而且高压力和优化的喷嘴结构使其可以在必要时增大喷淋量。另外，流线型的管路设计可有效避免堆积物，使喷嘴通道总是可以保持清洁。与板式喷淋头一样，这些喷淋头也采用了外部混合空气雾化喷嘴的原理。这保证了喷雾微粒大小的一致性，而且不会发生分散。不仅如此，3D打印还具备喷嘴出口形式可以定制的优势。而板式喷头的外部管路仅能包含嵌入外板的一个倒角出口。

从图2可以清楚的看到，大的喷雾头有一个独立的环绕通道，其承担了“吹扫”功能，当喷嘴进入模具区域时，首先将氧化皮从模具上清除，并在喷嘴移出时对模具进行干燥。由于始终有一个额外的环绕吹气管道，3D打印喷头相比板式喷淋头在功能上更具优势。

这个3D打印喷头还有一个特别之处：负责预锻模具喷淋的第一排喷嘴按照一定角度排列，并沿对角方向向上和向下喷射。这种角度的选择可使喷淋液按照一定锥度精确喷射在预锻模腔，而正是增材制造技术和与之相关的功能优化使得该设计成为可能（图3）。

喷头与3D打印的聚酰胺阀块相连，同时软管适配该阀块。这既显著的降低了重量，又进一步增加了自动化系统中高速运行的机械部件的耐久性。西马克集团所有的3D打印喷淋头均具有中断模式，使其在快速回程动作中，不会有液滴聚集并掉落在模具上。而传统的板式喷头则不具备该优点。

三、结束语

西马克集团还提供了一个可以轻松在线申請标准化喷头的表单，客户无需自己设计。客户可以一步一步地按照引导信息来选择所需的3D打印喷头的所有相关参数，喷头的尺寸、数量和排列方式。只需扫描对应的二维码，便可在线的选择和适配。西马克集团期待提供的3D打印喷头能为锻造行业提供更多的服务和帮助。

参考文献

[1]哈佛大学开发新3D打印技术，突破多材料多喷头打印难题[J]. 张宇. 科技中国. 2019（12）

[2]水泥3D打印喷头流场分析及结构优化[J]. 蒋贤辉，方成刚，高阳，许飞. 机械设计与制造. 2020（10）