在日常生活中我们所见到的挖掘机是由工程机械制造商大规模制造的，制造过程中需要用到铸造、机械加工等多种制造技术，还要通过装配线将大量的零部件装配在一起，而大名鼎鼎的ORNL（美国橡树岭国家实验室）却采用了仿生设计的理念和3D打印技术制造出了一个不同寻常的挖掘机。3D打印挖掘机的开发团队还给这个挖掘机定了一个小目标，让它到火星上去建房子。
ORNL 在3D打印领域具有极强的探索能力和丰富的经验，他们通过BAAM 3D打印技术制造的汽车已经被Local Motors 公司商业化了，所以ORNL 能够推出3D打印挖掘机这一点也不让人感到意外。
仿生结构重量轻、用料少
2014年ORNL 迎来了一群工程师客人，他们来自于高效流体动力中心(CCEFP)，工程师们被ORNL 制造的3D打印汽车深深的吸引住了。3D打印技术为汽车的设计带来了极大灵活性，这辆3D打印汽车仅拥有几十个零部件，其中的奥妙是在汽车设计伊始设计师就采用了为增材制造而设计的思路，在设计时主要考虑零部件的功能性，将过去需要由多个零部件组成的结构优化成为单个、复杂的零部件。
ORNL实验室3D打印的钢挖掘机臂
来源：Shawn Millsaps
这辆3D打印汽车激发了高效流体动力中心工程师们的想象力，他们设想如果利用3D打印技术和相同的设计理念，是否可以制造出一台挖掘机呢？ 有朝一日人们是否可以将3D打印机运送到火星，然后自动打印出一台挖掘机，并用它在火星上建造房子呢？ 如今，在高效流体动力中心和ORNL的合作下，3D打印的挖掘机已取得了进展。
整个驾驶室由3D打印机一次性完成制造，无需装配
来源：Shawn Millsaps
这台挖掘机拥有一个长约0.5米的3D打印臂和一个0.19 平方米的3D打印驾驶室，以及部分3D打印发动机零部件。3D打印驾驶室的设计来自于美国伊利诺伊大学厄本那香槟分校的五人工程设计团队，在进行驾驶室建模时设计团队使用了Autodesk Fusion 360建模软件和拓扑优化软件。驾驶室采用了仿生设计，设计灵感来自于大自然里弯拱的树枝，驾驶室重量约68千克，设计团队表示这一驾驶室相比传统设计方案的驾驶室减重25%，同时强度是可以保证的。
认为拓扑优化技术在驾驶室结构优化和材料分布上起到了关键作用，3D打印技术则在进行复杂仿生结构驾驶室的整体制造方面发挥了重要作用。通过这样的设计理念制造的挖掘机，所需的零部件数量和制造材料将大大减少，装配的工作量将也随之降低，为实现机械的小规模、分布式制造创造了可行性，ORNL 对3D打印挖掘机进行探索的现实意义也正在于此。
版权所有3D Science Valley
网站投稿请发送至editor@51shape.com
