西马克集团赢得2019年度德国设计大奖

用增材制造技术生产的用于模锻压机的3D喷头,赢得了“工业”门类设计大奖
 
这么小的一个机械零件能获此殊荣,在德国设计奖的历史上,恐怕是开辟了先河。自然而然,它聚焦了很多的目光。这件获得德国设计奖的零件,是一个冷却液喷头,由西马克集团打造,用于冷却模锻压机用的模具。西马克集团(www.sms-group.com)是一家提供工厂设备和机械设计的专业公司。消息传来,公司内致力于创新设计和机械零件生产的所有团队成员,都兴奋不已。打动评审官的,不仅仅是这个零件本身,还在于它体现了增材制造的无限潜力。这种技术为零部件的设计和功能布置带来了无数种新的可能性。每年,德国设计委员会都会组织评选德国设计奖,它已经成为全球广泛认可的奖项。通过认可创新性产品和项目,激励它们的生产者和设计者。
 
新思路,突破复杂零件的加工制造
 
Axel Roßbach 先生, 是负责西马克集团挤压和锻造压机研发部的经理。他说道,“获得这次设计大奖,我们感到无比自豪。这是对西马克集团内部所有参与项目团队的认可,也是对各部门、各专业协同配合的认可。这件喷头是创新路上的里程碑,凭借着行业颠覆性的3D打印技术和以功能优化为目标的设计思路,在设备和机械零部件设计方面,一个崭新的时代到来了。今天,机械零件的设计不再受传统的-即专注于加工工艺优化的设计-成型和加工条件所限制。得益于最新的软件和计算机技术,我们现在可以用最佳的方式制作一个零件,让它实现所期望的功能。另一个重要的方面是,我们使用了新的材料。因此,这个奖项不仅是对设计的认可,更是对西马克集团所秉持的创新思想的认可。它体现在全方位采用增材制造的方式上。”另据Axel Rosbach说, 这种新的喷头体现了在当今数字化时代,各种不同的理念如何互相作用,以及增材制造所蕴含的无限潜力。利用3D打印生产的新喷头是西马克集团锻造事业部、增材制造项目团队和虚拟技术专家们,集体努力的结晶。
 
重量,仅仅是传统喷头的十分之一
 
传统喷头又重又笨,加工制造困难。因为笨重,导致了锻压机的效率下降。形成鲜明对比的是,这款新喷头从设计伊始就考虑如何用最有效的方式实现其功能。 外形尺寸大为减小,内部的流体通道经过优化,根据需要有选择性地对模具不同区域进行冷却。模具受热多的区域,可获得更大的冷却流量-流量经过精确计算,而温度低的区域冷却量较小。
 
除此之外,备用喷头可以随时生产。Axel Roßbach 先生补充道,“虽然喷头只是一个小零件,但它是增材制造无穷潜力的完美代表。3D打印所带来的创新性生产制造方式,形成了工业4.0的基础。3D打印出来的喷头,是这种技术的具体实践。 采用了塑料材质,其重量仅仅是传统喷头的1/10,价格更便宜、工作更高效,而且容易定制,生产也可以立等可取。”

造价更低,效率更高

所有这些特点为下压式锻压机带了诸多优势。下压式锻造压机一直在不断优化,目的就是缩短工作循环和延长模具寿命。用这种喷头来冷却、润滑模具,对锻造工艺有着举足轻重的作用。模具一旦冷却、润滑效果不好,就无法承受锻造工艺带来的不断的和超高的压应力。当模具打开,准备下次锻打时,喷头伸到上下模具中间。西马克设计的创新型解决方案不仅仅意味着重量和成本的降低,还减少了喷头支撑臂的磨损。因为拖动的重量大为减轻,润滑周期-通常是自动控制的-得以缩短。对于锻造厂来说,另一个重要优势是,可以“按需”定制喷头。换言之,备用喷头立等可取,不需要在库房里备下一大摞备件。另外,制作新喷头不产生任何废料,所以还有环保效益。西马克集团计划将导电元件和传感器一同打印在喷头中,可以实现控制阀的开关和喷头定位信号一体化。
 
因此它所带来的附加价值和工艺优化潜力,使得这款3D打印喷射系统成为应用于下压式锻造机的工业4.0技术。西马克集团研发团队的Robert Banse先生说道:“我们再也不用受加工工艺的束缚了。我们因此可以采用一种创新的工艺思路来设计,直接从如何实现零件的功能开始,因为无论如何都能用3D打印制造出来。”

外形纤细,却能胜任严格的操作环境

最早使用这种新喷头的客户,是位于德国安提帕图市的Bharat Forge公司。这款用于Bharat Forge公司的锻压机的喷头经特殊设计,既可以使用水润滑液也可是使用石墨质润滑液,两者切换。这家锻造公司和西马克集团对这款喷头的使用效果都很满意。Bharat Forge公司说:“现在喷射效果更均匀了。模具比以前也干净,润滑液的消耗量也降低了。而且,比原来的老式喷头更容易打理。不再像老式喷头那样,经常出现内部通道积料堵塞现象。现在从来没出现过积料,这都是通道优化设计带来的结果。”

增材制造,惊鸿一瞥
 
虽然这款喷头获得如此多专注的目光是由于其独特的设计,但对于西马克在增材制造方面所做出的各种行动而言,这只是惊鸿一瞥。
 
作为金属世界领导者,西马克在增材制造方面可谓计划宏大和布局长远。公司对利用增材制造设计和生产创新型机械零部件不加任何限制,而且提供市场上涵盖增材制造所有工艺环节的整体解决方案。

金属的3D打印是增材制造的一个主要领域。3D打印,用激光精确地把选定区域的金属细微粉末进行熔化,零件一层一层地生长成型:所谓一层,就是在粉末床上铺的一层薄薄的金属粉末。然后激光把位于预选位置的粉末熔化。做完一层后,再铺另一层,如此循环下去……..用这种技术可以制造传统加工方式无法实现的复杂零件。多年来,西马克集团致力于增材制造,最近建造了一个工业级的用于增材制造所需的金属粉末制粉设备。生产的粉末具有特殊的特性,它极有可能形成一个崭新的增长点。粉末颗粒均匀,适于增材制造,粉末由直径15-45微米(一微米等于千分之一毫米)的圆形颗粒组成。很难想象,这么小的金属颗粒是如何从一台13米高,看上去如此复杂的设备上生产出来的。Markus Hüllen先生, 西马克集团3D竞争力中心的副总裁,说道:“对于西马克集团,这台粉末雾化制粉设备的成功调试具有里程碑式的意义,因为它可以保证3D打印出来的机械零部件的质量。我们的目标是掌控-同时,也让我们的客户掌控-这种创新技术的完整工艺链。只有这样,我们才能在实际工况下测试这种工艺,就是说,在高温高压和连续生产的条件下。
 
我们同时也有一个合作伙伴: Additive Industries公司,来开发和提供选择性激光熔融3D打印系统。我们计划在西马克集团的门兴格拉德巴赫工厂建立一条示范生产线,包括增材制造所有的工艺环节。
 
作为增材制造完整方案提供商,前程似锦
 
利用增材制造生产的零部件已经广泛应用于各个领域。已经“获益的工业领域“,包括航空、汽车、医疗工程、模型模具制造等等,以及设备和机械工程领域。将于门兴格拉德巴赫工厂建立的示范中心,将允许客户体验增材制造的所有工艺环节。这是个创举,就是说,它包括了从制粉设备的制粉过程、粉的处理、3D打印、热处理、机械加工、到检测、质量检查、运输和自动化系统。西马克已经与Additive Industries公司在工艺开发上展开合作,让金属粉末在所有工艺步骤之间始终处在真空环境下。这样防止粉末经受任何污染,确保形成高质量的零件。Markus Hüllen先生补充说:”作为系统提供商,和金属领域的领先合作伙伴,我们的目标是为客户提供完整的增材制造交钥匙工程。从制粉开始到最终产品,我们确保连续的高质量、可重复的生产。实验设备将允许我们优化工艺、提高效率并降低成本。我们的客户将收到模块化、规模可调整的、根据不同需求定制的解决方案。通过我们全球的服务和支持网络,我们向客户提供二十四小时的不间断服务,全程陪伴他们步入增材制造的殿堂。

“新地平线”战略,释放未来科技的无限潜力
 
虽然说,这种新的为下压式锻压机开发的喷射系统仅仅是一个小目标-小指的是尺寸上小-但难能可贵的是,它体现了未来在设备和机械设计领域将会出现的令人激动的发展方向。西马克集团,通过在全公司开展的“新地平线“战略,正在将其所有未来的业务与增材制造、数字化、工业4.0和新型高科技材料关联起来。该战略项目的背景原因是,所有这些领域都是互相联系的,而且只能协同努力才能获得进步,该战略已经取得了阶段性成功。很多项目已经成功实施,比如自学习型钢轧机、高性能材料设备、能够兼具环保效益和经济效益的环保技术等等。新的3D打印喷头显然属于这个范畴。
 
  
2019年度德国设计大奖获得者 - 西马克集团用增材制造技术生产的3D喷头,赢得2019年度“工业”门类德国设计大奖。