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    保时捷展示马达转子轴的3D打印新技术

    2019-01-30来源:南极熊

      创新的生产方法将为制造业带来主要优势,当然更能因此使客户受益。保时捷展望新的未来趋势,揭示了增材制造(Additive manufacturing)和新的激光技术带来的新尝试。

      增材制造也就是一般所俗称的3D打印,而金属材质的3D打印必须仰赖较高能量的激光才能得以完成,两者结合起来统称为SLS雷射烧结3D打印。

      激光一层一层地铺设金属或塑料粉末,一次的步进以微米为单位,逐渐融合这些原料层以形成成品。而金属3D打印与传统的锻造技术相比,在安全上,后者容易产生大量的火花,而有引爆可燃性混合气体的隐忧,所以锻造制作场地必须对安全管理绝对的严格。而能制造出过去所无法完成的部件,则是3D打印最重要的强项。

      使用3D打印生产的复杂零件至多可以不再需要由80个单独零件来组成,而是可以创建成一件式的完整零件。形状也不再是限制因素,甚至从自然界借来的设计灵感可以创造出比锻造法更强韧的结构,可以为包覆电池组或燃料电池周边的冷却系统,提供更有效的设计方法,例如:错综复杂的冷却液通道,以及强度更强、更轻量化的篓空造型…等等。

      在Weissach研发中心,保时捷突破传统车削或铣削加工生产的瓶颈,例如:具有内部肋条的空心轴,这是传统加工法所无法以「一件式」的方式而能够办到的,而必须多个零件组合一起才行,或者部件的体积有限,因此也就难以在强度与耐用度上有所突破。

      目前Weissach研发中心工程师已成功开发出电动马达的中空转子轴,虽然外表跟一般转子轴没有太大的差别,但3D打印的制法让内部具备更精细脊纹肋条的设计,因而可大幅增加强度。

      此转子轴的制程,保时捷很大方与世人分享。首先,原料金属粉末会经由不易产生氧化反应的惰性气流(如:CO2)导向喷嘴,然后喷嘴和激光光束会聚焦在同一点上,金属粉末就会被激光所熔化,在此过程中可以沿着五个轴进行操作。金属粉末可以根据程序涂覆在整个表面上的任一特定点,并导致部件在数层中不断增长,每层厚度约在20~100微米之间,因此此方法能够制作出几乎任何可想象到的形状。

      不过,制造此中空转子轴目前最大的缺点就是所花费的时间,每一只50公分长的转子轴大约需要13个小时才能完成;而传统的压制、铣削和铸造工艺目前仍然在生产速度方面具有决定性优势。

      除了深入研究如何加速3D打印工件制造之外,开发人员还不断优化传统生产零件与使用这些创新方法创建零件之间的相互应用。新技术通常也可以更容易地组合不同的材料,例如:可以使用不同的聚焦方式,产生几千摄氏度的激光束将不锈钢与塑料熔合。而此项技术层面更高的制程,需要有更严密的精度管控,而这也是目前必须升级「工业4.0」的重要原因之一。其经由AI人工智能核心控管的制程精确度,将远远超过传统致动铣床或工业机器人所能达的能耐。

      3D打印也可用来生产特殊限量经典车型极其罕见的部件,

      藉由小批量生产使其零件供应永不中断。

      最终的愿景是在生产过程中将所有机器和工作站彼此联网,不仅汽车制造商将从中受益,客户还可获得切实的优势。例如:可以直接在生产阶段满足客户的个性化需求,其不仅仅是在下游精加工或制造过程中,更重要的是,客户将能够在生产开始之前,可对特殊设备、颜色、轮毂和材料进行更改,因而拥有更宽容的个性化定制。

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