如何製作球型儲存槽?淺談爆炸成形原理!

爆炸成形

相信各位都有看到封面圖的球型儲存槽,雖然我們都有看過這個東西,不過你知道球型儲存槽如何製作嗎?今天就來跟各位聊聊如何用爆炸成形來製作圓球儲存槽!

爆炸成形介紹

爆炸成形始於西元1950年代,美國與俄羅斯用來製作航空零件,像是偵察機SR-71的零件或是火箭零件[1]。顧名思義,爆炸成形原理為利用爆炸將材料雕塑成所需形狀,如圖1[2]。

Fig1的第一階段先將板材固定在模具上,為了避免爆炸毀壞板材,會在成形室內部置入液體來緩衝爆炸力道,變形程度取決於火藥份量與距離。第二階段為點燃炸藥,藉由爆炸產生的衝擊波使板材變形,直到板材貼合模具為止,也就是最後的第三階段。

爆炸成形原理
圖1 爆炸成形原理[2]
這種成形方式對材料的延展性有一定要求,所以基本上以金屬材料為主。談到此項製程優點的話,由於爆炸成形不需特殊設備與工具,造價相對便宜,還能拿來製作大型工件或具有複雜幾何的零件。

圓球儲存槽如何製作?

使用一般加工機的話,由於無法從內部掏空,基本上無法一體成形製作,因此只能拆件後單獨加工各個單元殼體,接著將各個單元殼體焊接成球型儲存槽。雖然能透過這樣的方式製作,但單元殼體的銑削成本高又費時,缺乏經濟效益。

使用3D印表機的話,基於加法製造的概念,雖然可以一體成形製作,但這種大型物體列印肯定得花上不少時間,同樣缺乏經濟效益,能否找到合適的3D印表機也是個問題。

那麼實際上這種大型圓球鐵殼如何製作呢?首先將好幾塊平板焊接成一個多面體鐵殼,接著在鐵殼內部放入緩衝液體與炸藥,點燃炸藥後,由於炸藥產生的衝擊波在各個方向的作用力一致,受力均勻的多面體鐵殼會形成圓球鐵殼。對此過程有興趣的人可查看下列影片:

主廚結語

本次介紹爆炸成形的基本原理與相關應用。主廚恰巧看到這種圓球儲存槽的製作過程,沒想到箇中奧妙竟然是用了炸藥,覺得這種製作概念相當有趣,寫出來與各位分享一下。喜歡這類文章的話可以追蹤科技雞湯Facebook,持續掌握最新動態!

參考資料

  1. Wikipedia, Explosive forming, https://en.wikipedia.org/wiki/Explosive_forming#History
  2. Kieron Marchese, What is Explosive Forming?, 2018, https://designwanted.com/design/explosive-forming-process/
  3. THOMAS, Explosive Hydroforming, https://www.thomasnet.com/articles/custom-manufacturing-fabricating/explosive-hydroforming/

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