3D打印噴頭在固體成形領域的全新應用

王友岑

摘要：經過設計的優化和功能的改進，3D打印噴淋裝置為鋁鍛件生產中的模具維護帶來了極大的改善。3D打印的鋁制噴淋裝置不僅工作穩定可靠且擁有極優的噴淋效果。與傳統的鋼制材料相比，其重量也減輕了90%，這就允許傳遞系統進行更快速的動作和響應，在每次單獨的打擊行程之間，同時完成吹掃氧化皮，冷卻模具表面，噴涂潤滑劑和干燥模具表面的工藝需求，而傳統的噴淋裝置，則無法滿足在有限時間內完成上述工序。同時，通過配合使用西馬克集團提供的步進梁系統，鍛造生產線可在實現高生產節拍的同時又能顯著延長模具的使用壽命。

關鍵詞：3D打印噴頭;固體形成;應用

一、新式的3D打印噴淋頭的巨大優勢

雖然傳統的板式噴淋頭依然是目前應用最廣泛的，但新式的3D打印噴淋頭已經表現出了巨大的優勢。首先，傳統的板式噴淋頭受限于其多級板結構，最大運行壓力只能達到3bar，否則壓縮空氣和噴淋液將從級板之間溢出。其次，幾十個用于鎖緊噴淋板的小螺栓也有掉入模具的風險，若意外掉落的螺栓與工件一同被鍛造，會變成一個安全隱患。再次，與3D打印件的圓形且流動性做了優化的管路相比，板式噴淋頭的方形管路易于聚集污物或石墨，需要反復清洗，而創新型的3D打印噴淋頭則不存在這種問題。同時，3D打印噴淋頭需要的零件更少，幾乎免維護。而通過3D打印實現的輕量化也是傳統制造方法所無法做到的。

二、客戶案例分享

西馬克集團為一家著名的電動汽車制造商提供了MP2500熱模鍛壓力機（圖1）和ARWS1A型輥鍛機，該生產線主要用來生產汽車底盤鍛造部件。

3D打印噴頭可承受高達10bar的壓力。同時，得益于其更大的間隙，在設置噴霧時可對介質進行精確的配比和定量，而且高壓力和優化的噴嘴結構使其可以在必要時增大噴淋量。另外，流線型的管路設計可有效避免堆積物，使噴嘴通道總是可以保持清潔。與板式噴淋頭一樣，這些噴淋頭也采用了外部混合空氣霧化噴嘴的原理。這保證了噴霧微粒大小的一致性，而且不會發生分散。不僅如此，3D打印還具備噴嘴出口形式可以定制的優勢。而板式噴頭的外部管路僅能包含嵌入外板的一個倒角出口。

從圖2可以清楚的看到，大的噴霧頭有一個獨立的環繞通道，其承擔了“吹掃”功能，當噴嘴進入模具區域時，首先將氧化皮從模具上清除，并在噴嘴移出時對模具進行干燥。由于始終有一個額外的環繞吹氣管道，3D打印噴頭相比板式噴淋頭在功能上更具優勢。

這個3D打印噴頭還有一個特別之處：負責預鍛模具噴淋的第一排噴嘴按照一定角度排列，并沿對角方向向上和向下噴射。這種角度的選擇可使噴淋液按照一定錐度精確噴射在預鍛模腔，而正是增材制造技術和與之相關的功能優化使得該設計成為可能（圖3）。

噴頭與3D打印的聚酰胺閥塊相連，同時軟管適配該閥塊。這既顯著的降低了重量，又進一步增加了自動化系統中高速運行的機械部件的耐久性。西馬克集團所有的3D打印噴淋頭均具有中斷模式，使其在快速回程動作中，不會有液滴聚集并掉落在模具上。而傳統的板式噴頭則不具備該優點。

三、結束語

西馬克集團還提供了一個可以輕松在線申請標準化噴頭的表單，客戶無需自己設計?？蛻艨梢砸徊揭徊降匕凑找龑畔磉x擇所需的3D打印噴頭的所有相關參數，噴頭的尺寸、數量和排列方式。只需掃描對應的二維碼，便可在線的選擇和適配。西馬克集團期待提供的3D打印噴頭能為鍛造行業提供更多的服務和幫助。

參考文獻

[1]哈佛大學開發新3D打印技術，突破多材料多噴頭打印難題[J]. 張宇. 科技中國. 2019（12）

[2]水泥3D打印噴頭流場分析及結構優化[J]. 蔣賢輝，方成剛，高陽，許飛. 機械設計與制造. 2020（10）