項(xiàng)目介紹
本系列文章主要介紹了如何用Markforged打印的零部件對(duì)特斯拉渦輪機(jī)進(jìn)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(jī)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(jī)殼體。本文中我們將討論特斯拉渦輪機(jī)改造的另一個(gè)3D打印組件：軸承箱。
特斯拉渦輪軸承箱
渦輪機(jī)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(jī)殼體相連接，并且用兩個(gè)同心軸組成軸承組件。初期設(shè)計(jì)人員通過懸掛軸承箱側(cè)面的轉(zhuǎn)子，確保轉(zhuǎn)動(dòng)零件可以很輕易地驗(yàn)證軸承孔的同心度，這是至關(guān)重要的。在電機(jī)以24,000轉(zhuǎn)/分的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子任何一個(gè)小的誤差都可能導(dǎo)致災(zāi)難性故障。在鋁制外殼（原來是機(jī)加工的）中，這些軸承配合的公差為+0 / - 0004英寸。極其嚴(yán)格的公差范圍確保了軸承轉(zhuǎn)子安置到位，從而不會(huì)因過緊而阻礙軸承的旋轉(zhuǎn)。雖然軸承組件通過Markforged機(jī)器制造完成的，但它比渦輪機(jī)殼體的制作難度要高得多。

（圖中右下方的軸承箱將軸、轉(zhuǎn)子組件和螺釘固定在渦輪機(jī)殼體上）

增材制造設(shè)計(jì)變更
雖然這部分是可以打印的，但由于幾個(gè)原因，這個(gè)部分比渦輪機(jī)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?yàn)檫_(dá)到+0 / - 0.001英寸公差要比鋁要求更為實(shí)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(jìn)入的地方進(jìn)行去除，同時(shí)不會(huì)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?yàn)檫@一部件足夠大，可以在每個(gè)軸承周圍設(shè)置打印六圈的纖維，這得以給零部件足夠的強(qiáng)度支撐。

（軸承箱的外部軸承配合，六個(gè)光纖環(huán)圍繞軸承腔）

打印箱體
在我們所有的機(jī)器上都可以達(dá)到嚴(yán)格的公差比例。為了證明這一點(diǎn)，我們決定打印兩個(gè)版本的軸承箱：一個(gè)通過Mark Two 企業(yè)工具包，另一個(gè)在Mark X系列上進(jìn)行激光尺寸驗(yàn)證。
通過Mark Two打印軸承箱
要在Mark Two上進(jìn)行精確打印，我們必須使用獨(dú)立測(cè)量的單元測(cè)試。我們已經(jīng)在上一篇文章中明確地介紹了單元測(cè)試; 這允許我們?cè)跊]有閉環(huán)設(shè)計(jì)的情況下打印出具備嚴(yán)密的公差的零部件。 對(duì)于軸承箱來說，我們將兩個(gè)軸承的每一個(gè)都抽象成環(huán)，并打印多個(gè)單元測(cè)試。 每個(gè)單元測(cè)試打印結(jié)束后，我們會(huì)盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量?jī)?nèi)徑（用卡尺測(cè)量3D打印圓圈內(nèi)壁可能會(huì)非常困難），并在CAD中調(diào)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(gè)新的尺寸融合到完整的零件中并打印出來。只有在測(cè)量和驗(yàn)證完整零件后，才會(huì)嘗試插入硬件。 如果一切按計(jì)劃進(jìn)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(jī)殼體上。

 

（打印兩個(gè)單元測(cè)試零件用以測(cè)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(jī)打印零件的尺寸仍然需要通過人為驗(yàn)證，因此我們不能簡(jiǎn)單地打印出完美的零件。 但是，激光尺寸驗(yàn)證大大簡(jiǎn)化了我們的工藝。 我們不使用單元測(cè)試（盡管這樣做很好，但仍存在無法驗(yàn)證容差的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)閱卧獪y(cè)試的公差尺寸仍需要反復(fù)校對(duì)），我們打印的整個(gè)零件激光掃描包含每?jī)蓚€(gè)關(guān)鍵軸承適合的每一層。這使我們能夠在打印過程中驗(yàn)證每個(gè)軸承配合，而無需使用卡鉗。 雖然我們?cè)诘谝淮螄L試中遇到了兩個(gè)容差（排除重印的必要性），但如果缺少必要的容差，則會(huì)導(dǎo)致簡(jiǎn)單的重新計(jì)算維度和重新打印。這個(gè)工作流程非常簡(jiǎn)單，比使用單元測(cè)試簡(jiǎn)單得多。

 （尺寸掃描顯示圓形腔體在公差范圍內(nèi)（腔體直徑應(yīng)該是22.225mm）

結(jié)論
雖然很復(fù)雜，但3D打印軸承箱被證明是高精度3D打印的重要應(yīng)用之一。我們已經(jīng)驗(yàn)證了我們可以在幾乎不需要太多設(shè)計(jì)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(shè)備打印出來的軸承箱可以互換使用; 兩者都能讓渦輪轉(zhuǎn)子完美地進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

（的特斯拉渦輪機(jī)，配備3D打印的軸承箱，安裝在渦輪機(jī)殼體上）