看瑞士磨床制造商Studer如何利用3D打印技術提升設備冷卻性能？

磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工（Grinding）的機床。在研磨過程中產(chǎn)生的熱量對工件質(zhì)量至關重要。磨料加工中相對較高的摩擦效應會產(chǎn)生熱量，從而導致機加工零件表面層的熱損傷。因此，冷卻和潤滑在研磨過程中起著決定性的作用。除了冷卻研磨過程的主要任務之外，冷卻劑液、潤滑劑還起到其他幾個作用，例如清潔帶有加工殘余物的研磨輪，沖洗磨床中的切屑，以及熄滅火花噴射。

在磨床中，冷卻液由冷卻系統(tǒng)輸送到所需位置，冷卻系統(tǒng)包括冷卻液噴嘴、液壓系統(tǒng)等組成部分。多年來，磨床冷卻系統(tǒng)的設計并沒有太大變化。據(jù)了解，瑞士磨床制造商Studer(斯圖特)在近年來利用3D打印技術對磨床的冷卻系統(tǒng)進行了設計創(chuàng)新，為磨床帶來了更佳冷卻效果。

3D打印新型冷卻液噴嘴
Studer 研發(fā)了3D打印新型噴嘴SmartJet。每個SmartJet噴嘴都根據(jù)磨床用戶需要加工的工件和相應的砂輪進行定制化設計，以在靠近工件和砂輪的位置實現(xiàn)隨形冷卻。噴嘴既可以通過塑料3D打印技術和聚酰胺材料制造，也可以通過金屬3D打印技術來制造，這取決于磨床用戶的需求。

3D打印噴嘴

Studer 在研發(fā)3D打印的SmartJet噴嘴過程中與磨床用戶進行了交流與討論，他們了解到，當用戶將工件磨削到至精度達到十分之一微米時，希望冷卻液能夠準確的噴到相應位置，以確保最佳冷卻效果。

在零件磨削過程中，磨削砂輪和零件供應噴嘴之間以及磨削區(qū)域之間將因摩擦而產(chǎn)生熱量，而此時是冷卻和潤滑的關鍵。如果熱量處理不得當，將會導致研磨處理器不穩(wěn)定，甚至是損壞正在磨削的零件，從而產(chǎn)生報廢。

3D打印SmartJet噴嘴的價值在于，可以在必要時準確冷卻零件和磨削輪，并能夠在保證冷卻效果的前提下減少冷卻液的使用量，從而減少對于環(huán)境的影響和后續(xù)環(huán)保清潔的成本。

減少冷卻液壓件的湍流現(xiàn)象
冷卻液噴嘴只是機床冷卻系統(tǒng)中的一個組成部分，在流體進入噴嘴之前，會通過一個回路，該回路包括一個液壓歧管，它的作用是引導系統(tǒng)中的流體流動，并連接閥門、泵和致動器。

通過傳統(tǒng)加工技術制造的液壓閥塊，內(nèi)部流體通道是通過銑削和鉆孔的方式實現(xiàn)的，在傳統(tǒng)液壓通道中，流體撞擊通道之間的連接區(qū)域時，湍流將導致大量的壓力損失和低效率。延伸閱讀：重量減輕80％，增材制造推動液壓系統(tǒng)進化的五大優(yōu)勢

利用3D打印技術在制造復雜流體通道時的靈活性，磨床冷卻系統(tǒng)液壓歧管的設計可以得到進一步優(yōu)化，減少湍流顯現(xiàn)帶來的效率損失。比如說金屬3D打印技術可以制造方形橫截面的流體通道，而不是傳統(tǒng)的圓形流體通道，在相同的通道寬度下將湍流減少20％，在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)更大的流量。此外，歧管通道可以通過粉末床熔融設備以增材制造的方式直接加工成形，不必從液壓閥塊外部進行鉆孔加工并添加插頭。

Studer 3D打印冷卻系統(tǒng)液壓件采用了功能集成設計，零件數(shù)量由過去的5個減少至1個，這一設計上的改動減少了磨床冷卻液壓系統(tǒng)裝配時的工作難度和工作量。

據(jù)了解，3D打印冷卻液噴嘴、冷卻系統(tǒng)液壓件只是Studer在磨床制造中應用3D打印技術的開始。Studer 已經(jīng)成立了一個6人團隊，專門負責利用增材制造技術改進磨床設備的設計與性能，未來Studer 還將利用3D打印技術開發(fā)更多新的設計，實現(xiàn)更多創(chuàng)新的想法。

來源：3D科學谷