增材制造技术已将创新引入到制造的各个领域，尤其适用于用自动化的工艺流程来取代传统上耗时费力的劳动密集型生产。具体而言，一些企业已经找到了集成大幅面增材制造（LFAM）的方法来取代部件生产流程中的多个步骤。

增材制造技术已将创新引入到制造的各个领域，尤其适用于用自动化的工艺流程来取代传统上耗时费力的劳动密集型生产。具体而言，一些企业已经找到了集成大幅面增材制造（LFAM）的方法来取代部件生产流程中的多个步骤。

一个3D 打印的块正在接受CNC铣削用于制造成型船体所需的复合材料原型模（图片来源：Foarboc Ltd.）

比如，作为一家拥有20多年经验积累的大型原型结构制造商，Rapid Prototyping（匈牙利布达佩斯）已采用LFAM成功地生产出了各种部件和模具，展示出这项技术在现代制造中的通用性和效率。

多年来，Foarboc Ltd.（匈牙利布达佩斯）旗下的Rapid Prototyping 一直在使用 CNC 加工的聚氨酯泡沫和手糊玻纤增强塑料（GFRP）来制造模具。2020 年，该公司成为首批向LFAM的供应商CEAD（荷兰代尔夫特）购买独立粒料挤出机的客户之一。

E25机器人挤出机与该公司的一台4850mm×2635mm×1460mm的Big Blue龙门数控机床集成在一起，现在，随着CNC机器变成大幅面的3D打印机，Rapid Prototyping 开始使用30%短玻纤增强聚丙烯来制造模具和原型，用于生产游艇和海事工业、订制货车制造商和其他相关行业所需的各种部件。据 Rapid Prototyping 和 Foarboc Ltd. 的所有者György Juhász介绍，材料和工艺的这一变化，令该公司消减了50%的生产时间，同时还显著缩短了整体交货时间。

案例研究：更快、更可持续的原型模生产

比如，Rapid Prototyping 已将3D打印集成到其船原型模生产的工艺流程中，该原型模被用于制造成型船体所需的玻璃纤维模具。

以前，该公司生产船原型模的方法是将泡沫块铣削成正确的形状。这些泡沫块依赖于外部采购，这通常会导致客户报价生成的延迟。等待报价加上供应商的潜在库存短缺，通常会使泡沫块的交付至少需要2周的时间。有时，由于供应商缺乏所需的尺寸，该团队还必须用他们收到的泡沫块来构建更大的泡沫块，然后才能开始铣削过程。

购买CEAD 挤出机后，该公司开始寻求使用增材制造的方法来缩短其原型模生产的交货时间并消除材料供应瓶颈。

首先，最直接的好处是，无需等待外部供应商交付泡沫块，现在，Rapid Prototyping能随时储备粒料并开始生产。Juhász 表示，通过使用LFAM进行按需生产，Rapid Prototyping 能够实现生产的本地化，而无需依赖大量的库存。

实施3D打印还使该公司得以从使用聚氨酯泡沫转变为使用更坚固的热塑性材料。Juhász解释说：“泡沫受冷、热天气的影响很大，在不同的环境下会膨胀和收缩，在使用泡沫来制造玻璃纤维的模具时，这会导致更多的不准确性，这些不准确性难以得到补偿。为防止这些不准确性对最终部件带来影响，就需要使用更多的玻璃纤维层。”他表示，与传统制造的泡沫塞相比，使用 3D 打印可以改善最终产品的质量，而且需要的玻璃纤维层和漆层也更少。

该公司还优化了其制造流程。采用Big Blue机器及其 CEAD 挤出机，每个原型模被打印成多个部分。“我们先铣削出基线和参照点，然后再将其移到另一台CNC 机床上进行最终的精加工，同时，Big Blue机器则开始新的打印。”Juhász 解释说。

分为 3D 打印块的船原型模CAD图（图片来源：Foarboc Ltd.）

他表示，Rapid Prototyping有5台可以同时运行的CNC精加工机器，这意味着可以在加工较小的打印部件时打印下一个工件，以实现机器利用的最大化。与某些应用中使用的中等密度的纤维板（MDF）块相比，3D打印的块也更轻、更易于操作，从而加快了原型模的组装速度。一旦打印并加工完所有的组件，就用粘合剂和小的塑料嵌件将它们连接起来。原型模完成后，采用手糊方式制作玻璃纤维/聚丙烯的模具，这将是制造最终的游艇船体的基础。

2022年，Rapid Prototyping制造了一个用于55英尺船体的船原型模，以此测试了该生产工艺。该原型模由44个组件构成，采用了5000公斤的回收PETG。一个由3人组成的团队用了12周的时间就完成了整个项目。“以前，为生产用于原型模的块，我们需要9个人夜以继日地工作，现在，只需要在开始组装时增加劳动力即可。”Juhász介绍说。他补充说，寻找熟练工人进行原型模部件的生产变得越来越具有挑战性，这使得由3D打印促成的自动化成为另一大优势。在机器运行时，团队能够更高效地将时间用在其他任务上。

除了原型模，该公司还开始使用3D打印制造其他船用产品，如模具和船只部件。

完全组装的原型模（图片来源：Como Yacht Ltd.）

减少浪费及可回收性

除了缩短交货时间并提高生产效率外，导致该公司转向3D打印的另一个主要动机是希望减少传统制造带来的材料浪费。“将泡沫块铣削成所需的形状会浪费掉50%以上的材料，而且无法回收任何材料。”Juhász 说道，通过将块 3D 打印成近净形状，浪费量大大减少。该打印机还支持使用 PETG 等回收材料。

用于游艇船体的玻璃纤维复合材料模具（图片来源：Como Yacht Ltd.）

该公司还通过将其船原型模重新用于其他项目，进一步发挥了该技术所带来的可回收潜力，比如，将2022年制造的55英尺的船体塞切碎后，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 解释说，该公司开发了自己的机器用于切碎和回收这种材料。

他补充说，该公司还使用太阳能为其机器供电，进一步证明了Rapid Prototyping 致力于履行环保责任的制造。“可以以更可持续的方式开始制造，将循环经济的原则整合到造船行业中，这是当今世界的一个重要话题。”

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

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