Ingersoll和 MELD合作开发超大型金属3D打印机，打印零件尺寸将达到车辆大小

2022年6月19日，南极熊获悉，美国陆军DEVCOM-GVSC材料、增材制造（密歇根州沃伦市底特律兵工厂）的Norbert J. Kott在SME网站上发表文章称，他们正在与LFAM 3D打印机制造商Ingersoll（隶属Camozzi集团）和位于弗吉尼亚州的MELD Manufacturing合作，开展打造无接口车辆的项目。该项目的目标是开发一种超大型金属3D打印机，能够生产与整个车辆一样大的部件。

无接口车辆项目的目标是制造出更少焊接点的车体，从而直接提高车身整体的抗攻击性。锻造、成型和焊接等传统的制造工艺并不能很好地满足车辆项目的需求。另一方面，增材制造（AM）技术在材料加工和灵活制造方面提供了新的机会，为生产新的车辆概念提供了一个全新的途径。

Kott在文章中指出："增材制造系统创建大型金属部件的能力，如整个车体，仍处于起步阶段。一些金属增材制造能力已经被证明有尺寸限制，只能在一个平面或轴向上实现大尺寸成形。商业上现有的金属增材制造系统的最大构建量通常可以达到1x1x1m，这已经可以实现许多应用机会。"

可实现大尺寸成形的打印系统包括Sciaky的EBAM机器和DMG Mori和Trumpf等公司的大型DED系统。这些打印系统可以生产大型部件，但成本仍然很高，因为它们是以金属粉末为原料的。打印大型零件需要大量的材料，并且过程中的原料处理是另一个主要考虑因素。虽然粉末（或吹粉）定向能沉积系统已经证明有能力扩展到一些较大的尺寸，但基于粉床的技术还没有。尽管这些技术的开发正在进行中，但与处理和加工金属粉末有关的固有挑战仍然存在，并将在系统扩展到更大尺寸时被放大。近年来，其他大面积增材制造（AM）系统（长度达7米）已被展示，最突出的是用于加工聚合物和纤维增强材料，因此主要限于工具件应用。

Kott总结道："需要将现有的技术和机器能力扩展到更大的平台，使其具有进入广泛的大规模应用的通用能力，特别是在金属方面。"

ASTRO美国公司、ALMII和美国陆军DEVCOM-GVSC正在合作开展无接缝车体项目，这个赞助项目将为美国陆军石岛兵工厂开发一个大型金属AM系统，促进大型金属部件在陆军地面车辆中更为普遍的应用。该计划的愿景是将历史上在各行业得到验证的大型机床与增材制造技术相结合，以减少生产周期。由此产生的能力将使金属增材制造达到以前从未见过或无法获得的规模，不仅用于地面车辆系统，而且用于所有大型应用。打印这种大型金属部件的能力将开辟新的应用，扩大增材制造工艺的用途。

无接缝车体项目将创建并交付两台不同的机器。第一台机器将能够打印和加工尺寸达1x1x1m的零件。这台机器将用于工艺开发、打印策略和打印路径规划，用于打印尺寸达到机器极限的部件。第二台尺寸更大的机器将能够在其10x6.5x4m的构建体积（长x宽x高）内打印和加工零件，这将是公开可用的最大的金属AM系统。

英格索尔和MELD正在开发用于车辆尺寸部件的金属3D打印机，与美国陆军合作开展无接口车体项目。这款大型系统的基本架构将由英格索尔机床（隶属于康茂盛集团）提供，该公司已经开发了目前市场上最大的复合材料AM系统。英格索尔使用西门子的组件和软件来运行其巨型龙门系统，该系统可以生产长达7米的零件。西门子团队也被选中参与该计划，其重点是多轴、基于CNC的应用和过程模拟。

MELD制造公司是MELD工艺（也被称为增材搅拌摩擦沉积）的开发者，正在生产和交付沉积系统，这些系统将实现这些大型金属AM机器的增材部分。他们的专利加工技术是在固态工艺中利用了锻造原料材料，依靠严重的塑性变形将材料沉积在沉积点上。

△增材制造搅拌摩擦沉积技术。照片来自MELD制造公司。

对于无接口车体项目，考虑了所有商业上可用的金属增材制造技术。该大型机器被配置为横移式龙门机器，金属打印和加工工具直接安装在一个轴上（Z方向）。这种配置适合处理大型、（重型）金属部件，并允许灵活操纵制造方法。

MELD制造公司开发的独特的基于摩擦搅拌的增材制造工艺被认为是最有希望满足、大型系统的尺寸和材料要求。该方法采用了一个空心的旋转轴，材料通过轴被送入并沉积在基体上。这种方法涉及的AM方法温度较低，以减少过程中产生的应力和堆积。

MELD工艺是一种固态增材制造（AM）技术，用于在低于熔点的温度下沉积和加工材料。由于MELD制造的部件是完全致密的，因此不需要二次加工来消除体积缺陷，如空隙或孔隙。该系统不需要专门的室，因为材料是在低于熔点的温度下打印的。未开发的下一代材料可以提供更好的性能。

无接口车体项目的最终目标是开发一个能够快速制造大型金属结构的系统，促进金属材料更广泛的应用。位于密歇根州底特律的美国轻质材料制造创新研究所（ALMII）对该项目做出了贡献。