增材制造技術已將創新引入到制造的各個領域，尤其適用于用自動化的工藝流程來取代傳統上耗時費力的勞動密集型生產。具體而言，一些企業已經找到了集成大幅面增材制造（LFAM）的方法來取代部件生產流程中的多個步驟。

增材制造技術已將創新引入到制造的各個領域，尤其適用于用自動化的工藝流程來取代傳統上耗時費力的勞動密集型生產。具體而言，一些企業已經找到了集成大幅面增材制造（LFAM）的方法來取代部件生產流程中的多個步驟。

一個3D 打印的塊正在接受CNC銑削用于制造成型船體所需的復合材料原型模（圖片來源：Foarboc Ltd.）

比如，作為一家擁有20多年經驗積累的大型原型結構制造商，Rapid Prototyping（匈牙利布達佩斯）已采用LFAM成功地生產出了各種部件和模具，展示出這項技術在現代制造中的通用性和效率。

多年來，Foarboc Ltd.（匈牙利布達佩斯）旗下的Rapid Prototyping 一直在使用 CNC 加工的聚氨酯泡沫和手糊玻纖增強塑料（GFRP）來制造模具。2020 年，該公司成為首批向LFAM的供應商CEAD（荷蘭代爾夫特）購買獨立粒料擠出機的客戶之一。

E25機器人擠出機與該公司的一臺4850mm×2635mm×1460mm的Big Blue龍門數控機床集成在一起，現在，隨著CNC機器變成大幅面的3D打印機，Rapid Prototyping 開始使用30%短玻纖增強聚丙烯來制造模具和原型，用于生產游艇和海事工業、訂制貨車制造商和其他相關行業所需的各種部件。據 Rapid Prototyping 和 Foarboc Ltd. 的所有者György Juhász介紹，材料和工藝的這一變化，令該公司消減了50%的生產時間，同時還顯著縮短了整體交貨時間。

案例研究：更快、更可持續的原型模生產

比如，Rapid Prototyping 已將3D打印集成到其船原型模生產的工藝流程中，該原型模被用于制造成型船體所需的玻璃纖維模具。

以前，該公司生產船原型模的方法是將泡沫塊銑削成正確的形狀。這些泡沫塊依賴于外部采購，這通常會導致客戶報價生成的延遲。等待報價加上供應商的潛在庫存短缺，通常會使泡沫塊的交付至少需要2周的時間。有時，由于供應商缺乏所需的尺寸，該團隊還必須用他們收到的泡沫塊來構建更大的泡沫塊，然后才能開始銑削過程。

購買CEAD 擠出機后，該公司開始尋求使用增材制造的方法來縮短其原型模生產的交貨時間并消除材料供應瓶頸。

首先，最直接的好處是，無需等待外部供應商交付泡沫塊，現在，Rapid Prototyping能隨時儲備粒料并開始生產。Juhász 表示，通過使用LFAM進行按需生產，Rapid Prototyping 能夠實現生產的本地化，而無需依賴大量的庫存。

實施3D打印還使該公司得以從使用聚氨酯泡沫轉變為使用更堅固的熱塑性材料。Juhász解釋說：“泡沫受冷、熱天氣的影響很大，在不同的環境下會膨脹和收縮，在使用泡沫來制造玻璃纖維的模具時，這會導致更多的不準確性，這些不準確性難以得到補償。為防止這些不準確性對最終部件帶來影響，就需要使用更多的玻璃纖維層。”他表示，與傳統制造的泡沫塞相比，使用 3D 打印可以改善最終產品的質量，而且需要的玻璃纖維層和漆層也更少。

該公司還優化了其制造流程。采用Big Blue機器及其 CEAD 擠出機，每個原型模被打印成多個部分。“我們先銑削出基線和參照點，然后再將其移到另一臺CNC 機床上進行最終的精加工，同時，Big Blue機器則開始新的打印。”Juhász 解釋說。

分為 3D 打印塊的船原型模CAD圖（圖片來源：Foarboc Ltd.）

他表示，Rapid Prototyping有5臺可以同時運行的CNC精加工機器，這意味著可以在加工較小的打印部件時打印下一個工件，以實現機器利用的最大化。與某些應用中使用的中等密度的纖維板（MDF）塊相比，3D打印的塊也更輕、更易于操作，從而加快了原型模的組裝速度。一旦打印并加工完所有的組件，就用粘合劑和小的塑料嵌件將它們連接起來。原型模完成后，采用手糊方式制作玻璃纖維/聚丙烯的模具，這將是制造最終的游艇船體的基礎。

2022年，Rapid Prototyping制造了一個用于55英尺船體的船原型模，以此測試了該生產工藝。該原型模由44個組件構成，采用了5000公斤的回收PETG。一個由3人組成的團隊用了12周的時間就完成了整個項目。“以前，為生產用于原型模的塊，我們需要9個人夜以繼日地工作，現在，只需要在開始組裝時增加勞動力即可。”Juhász介紹說。他補充說，尋找熟練工人進行原型模部件的生產變得越來越具有挑戰性，這使得由3D打印促成的自動化成為另一大優勢。在機器運行時，團隊能夠更高效地將時間用在其他任務上。

除了原型模，該公司還開始使用3D打印制造其他船用產品，如模具和船只部件。

完全組裝的原型模（圖片來源：Como Yacht Ltd.）

減少浪費及可回收性

除了縮短交貨時間并提高生產效率外，導致該公司轉向3D打印的另一個主要動機是希望減少傳統制造帶來的材料浪費。“將泡沫塊銑削成所需的形狀會浪費掉50%以上的材料，而且無法回收任何材料。”Juhász 說道，通過將塊 3D 打印成近凈形狀，浪費量大大減少。該打印機還支持使用 PETG 等回收材料。

用于游艇船體的玻璃纖維復合材料模具（圖片來源：Como Yacht Ltd.）

該公司還通過將其船原型模重新用于其他項目，進一步發揮了該技術所帶來的可回收潛力，比如，將2022年制造的55英尺的船體塞切碎后，再制成新的粒料，然后用于使用相同的回收料打印新的28英尺的船塞。Juhász 解釋說，該公司開發了自己的機器用于切碎和回收這種材料。

他補充說，該公司還使用太陽能為其機器供電，進一步證明了Rapid Prototyping 致力于履行環保責任的制造。“可以以更可持續的方式開始制造，將循環經濟的原則整合到造船行業中，這是當今世界的一個重要話題。”

原文鏈接：
https://www.compositesworld.com/articles/large-format-am-speeds-plug-production-for-manufacture-of-composite-boat-molds

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