流狮设计重新设计了多射流融合模态锤
工程咨询公司借助3D打印改进产品设计
Paul Sickles在他的整个职业生涯中一直致力于高性能工业技术的前沿。他的经历可以追溯到洛克希德SR-71项目的后期，F-22猛禽，甚至包括与几个太空机构合作开发高超声速飞行器材料。
如今，西克尔斯经营着自己的咨询公司Stream Lion Design LLC，专门应用最新技术帮助企业解决关键的工程问题。最近，Stream Lion依赖于3 d打印技术为电力行业的一家公司解决一个挑战。
西克尔斯的客户对解决业内普遍关注的燃烧涡轮问题很感兴趣。需要有一种方法来调查涡轮机，以确定哪些涡轮机的故障风险最高。于是，西克尔斯被叫来帮忙解决这个问题。
解决方案的一部分依赖于收集组装发动机内部的振动响应数据，这一过程通常被称为模态测试。一旦收集到这些数据，就可以用来显示哪些发动机最容易受到振动的影响，这样就可以对它们进行相应的管理。
振动响应数据是通过一种称为模态锤的精密仪器敲击零件来收集的。主体部分通常装有加速度计，加速度计将产生的振动测量结果发送到另一个称为信号分析仪的设备。通过敲击零件并测量其对冲击的反应，可以了解零件对振动的反应。
| 概览 |
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挑战 解决方案 结果 |
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Stream Lion的新模态锤设计比市售的锤更紧凑，使其更易于在狭窄的工业环境中使用。 |
寻找小批量生产解决方案
这种方法有一个问题——这种类型的测试最适合在实验室环境中进行，而不是在燃烧涡轮内部。测试要求“镰刀”爬进发动机进行数百次振动测试。没过多久，他就意识到实验室中通常使用的模态锤并不是为这种特殊应用而设计的。
他很快发现要在发动机内操纵锤子极其困难。他指出，“当进入涡轮发动机时，环境非常狭窄，在测试过程中几乎看不到部件。”这使得难以用锤子进行干净的敲击，导致数据不佳。
他也无法足够快地测试零件，因为锤子太笨重了。“当你在发电厂做这种工作时，一切都必须按计划完成，并在严格的时间表上完成，”西克尔斯解释说。“我必须快速进出。”
在经历了市售锤的缺点后，西克尔斯开始设想一种新的模态锤，它可以在工业环境中表现得更好。因此，就像任何工程师都会做的那样，他决定亲自采取措施，创造一个新的设计。他想改进锤子的人体工程学，减小它的尺寸，并结合其他增强功能，使数据收集过程更快、更可靠。
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使用3D打印技术，在最终确定设计之前，Sickles进行了几次迭代。在最后一部分，他转向了Multi Jet Fusion，这是惠普开发的一种生产级3D打印工艺。 |
“我看着这个工具，想看看如何改进它。我开始思考我可以做出的改变，然后用3D打印来制作设备的原型。”“我尝试了不同的原型来验证新设计。”
当他经历了几次迭代，最终的设计成为焦点时，他开始考虑如何制造这个部件。“新的设计是如此的进步，以至于我开始有兴趣购买这个工具。我现在面临的问题是如何将改进后的锤子提供给客户，”他解释道。
在寻找合适的制造工艺时，Sickles概述了生产部分的几个关键优先事项。最后的零件需要足够耐用，能够承受反复的冲击，有紧密的公差来正确地与力传感器组件连接，而且，由于他可能一次只需要几个零件，所以要经济地低产量生产。
3D打印-不只是原型
第一个原型是在Stream Lion的桌面3D打印机上制造的，但西克尔斯知道，耐用性和整体质量需要更好的最终用途部件。这就是他求助于Protolabs的时候。
在与Protolabs应用程序工程师讨论了该部件的需求后，他权衡了构建该部件的好处选择性激光烧结(SLS)或多射流融合(MJF)，两种生产级3D打印工艺。
Sickles的最终决定是使用MJF，因为与SLS相比，MJF成本更低，特征精度更高，表面光洁度更高。这种生产级的3D打印技术将使他能够建造一个耐用的尼龙部件，具有精确的特征，可以正确地适应组件中的其他部件。
新设计一针见血
新的锤头设计成功地解决了Sickles在现有工具中遇到的问题。它不仅更符合人体工程学，易于使用，而且3d打印的部分在现场具有强度和耐用性。西克尔斯表示，新锤子使他收集数据的速度提高了一倍。
他说:“除了功能，重要的是该部件具有正确的表面光洁度和耐用性，因为这将用于现场，而不仅仅是一个原型。”“这个角色非常成功。公差正是我所需要的，它完全适合组装，喷珠和黑色染料表面看起来很棒，同时赋予锤子完美的纹理。”
通过利用Protolabs的3D打印服务，Sickles可以在订购时打印更多的锤子。此外，通过按需生产模型，他有能力迭代设计，而不会使库存过时。
“这种应用非常适合3D打印的生产，”Sickles指出。“因此，人们往往倾向于依靠增材制造进行原型设计，然后在进行生产时转向成型或机械加工。但对我来说，3D打印我所需的精确数量的部件确实是一种有效的商业模式。”