項目介紹
本系列文章主要介紹了如何用Markforged打印的零部件對特斯拉渦輪機進行加工改造。在上一篇文章中，我們具體介紹了特斯拉渦輪機的原理，討論了哪些零部件適用于3D打印，并用Markforged打印的零部件取代了渦輪機殼體。本文中我們將討論特斯拉渦輪機改造的另一個3D打印組件：軸承箱。
特斯拉渦輪軸承箱
渦輪機殼體要求包裹軸承組件，但不能相互摩擦接觸。相反，位于軸承箱中間的螺栓與渦輪機殼體相連接，并且用兩個同心軸組成軸承組件。初期設計人員通過懸掛軸承箱側面的轉子，確保轉動零件可以很輕易地驗證軸承孔的同心度，這是至關重要的。在電機以24,000轉/分的狀態(tài)下運行時，渦輪機轉子任何一個小的誤差都可能導致災難性故障。在鋁制外殼（原來是機加工的）中，這些軸承配合的公差為+0 / - 0004英寸。極其嚴格的公差范圍確保了軸承轉子安置到位，從而不會因過緊而阻礙軸承的旋轉。雖然軸承組件通過Markforged機器制造完成的，但它比渦輪機殼體的制作難度要高得多。

（圖中右下方的軸承箱將軸、轉子組件和螺釘固定在渦輪機殼體上）

增材制造設計變更
雖然這部分是可以打印的，但由于幾個原因，這個部分比渦輪機殼體打印要困難得多。首先，軸承配合必須精確并保證同心度；然而，由于Onyx表面硬度的降低，公差可能稍微大一些。不過也因禍得福，因為達到+0 / - 0.001英寸公差要比鋁要求更為實際。其次，我們需要能夠精確地打印環(huán)凹槽和懸掛法蘭盤。這些都需要大量的支撐材料，可以從難以進入的地方進行去除，同時不會損壞零件。我們的可去除支撐材料保障了環(huán)凹槽和法蘭盤的打印效果。第三，我們需要在軸承周圍打印零部件中加入纖維。如果零件發(fā)生變形，那么任何精密軸承都將無法使用。因為這一部件足夠大，可以在每個軸承周圍設置打印六圈的纖維，這得以給零部件足夠的強度支撐。

（軸承箱的外部軸承配合，六個光纖環(huán)圍繞軸承腔）

打印箱體
在我們所有的機器上都可以達到嚴格的公差比例。為了證明這一點，我們決定打印兩個版本的軸承箱：一個通過Mark Two 企業(yè)工具包，另一個在Mark X系列上進行激光尺寸驗證。
通過Mark Two打印軸承箱
要在Mark Two上進行精確打印，我們必須使用獨立測量的單元測試。我們已經在上一篇文章中明確地介紹了單元測試; 這允許我們在沒有閉環(huán)設計的情況下打印出具備嚴密的公差的零部件。 對于軸承箱來說，我們將兩個軸承的每一個都抽象成環(huán)，并打印多個單元測試。 每個單元測試打印結束后，我們會盡可能準確地測量內徑（用卡尺測量3D打印圓圈內壁可能會非常困難），并在CAD中調整我們的零件尺寸。 在每次軸承配合迭代兩次后，我們將每一個新的尺寸融合到完整的零件中并打印出來。只有在測量和驗證完整零件后，才會嘗試插入硬件。 如果一切按計劃進行，軸承將能夠緊密壓裝，我們就可以將軸承箱安裝到渦輪機殼體上。

（打印兩個單元測試零件用以測試軸承安裝在大軸承腔上的效果）

通過Mark X系列打印軸承箱

（兩種激光掃描的3D視圖）

由于Mark X系列3D打印機打印零件的尺寸仍然需要通過人為驗證，因此我們不能簡單地打印出完美的零件。 但是，激光尺寸驗證大大簡化了我們的工藝。 我們不使用單元測試（盡管這樣做很好，但仍存在無法驗證容差的風險，因為單元測試的公差尺寸仍需要反復校對），我們打印的整個零件激光掃描包含每兩個關鍵軸承適合的每一層。這使我們能夠在打印過程中驗證每個軸承配合，而無需使用卡鉗。 雖然我們在第一次嘗試中遇到了兩個容差（排除重印的必要性），但如果缺少必要的容差，則會導致簡單的重新計算維度和重新打印。這個工作流程非常簡單，比使用單元測試簡單得多。

 （尺寸掃描顯示圓形腔體在公差范圍內（腔體直徑應該是22.225mm）

結論
雖然很復雜，但3D打印軸承箱被證明是高精度3D打印的重要應用之一。我們已經驗證了我們可以在幾乎不需要太多設計更改的前提下通過Mark Two和Mark X上打印零部件。更加令人振奮的是，通過兩種設備打印出來的軸承箱可以互換使用; 兩者都能讓渦輪轉子完美地進行轉動。

（的特斯拉渦輪機，配備3D打印的軸承箱，安裝在渦輪機殼體上）