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    3D打印完善汽车领域创新体系 零部件生产渐成趋势

    2019-02-15来源:3D帝国网

      科技创新正在加速工业4.0进程和智能制造时代的到来,与前沿科技的融合是时代发展的趋势,也是企业顺应时代潮流求变发展的主线。

      作为崛起中的制造技术,3D打印正在以小批量个性化制造、复杂零部件一体成型、缩短研发生产周期、降低成本等诸多优势聚焦市场目光。尤其对于研发成本比重大、生产设计复杂的机械制造业而言,3D打印无疑为其提供了行之有效的解决方案。

      3D打印应用于汽车零部件生产

      产品更新换代快、零部件众多且结构复杂,生产研发周期过长,汽车行业面临的这些行业窘境,因3D打印技术的出现而得到改善。

      意大利世界豪车品牌兰博基尼正在与Carbon开展合作,以更有效地生产轻质终端零件。兰博基尼Urus燃料盖帽就是采用EPX 82环氧树脂数字化制造。兰博基尼首批采用Carbon技术的生产零件是一种新型纹理燃料盖,带有Urus标签和一个用于风道的夹子组件。兰博基尼的两款车型超级SUV,Urus车型均采用了这款组件,Urus于2018年首次推出,是世界上最快的SUV之一,价格约为20万美元。

      初创公司X Electrical Vehicle Limited的全球首款3D打印量产汽车——LSEV预年内上市。该款车型的主要零部件均采用了3D打印技术制造。该款车型不同于其他车辆,普通车辆的零部件数量通常在2000个左右,而LSEV的零部件数量仅在40-60个左右。而且3D打印使得LSEV汽车整车生产周期缩短四分之三,成本也能降低90%,强度还是普通车辆的4-5倍。得益于3D打印技术的灵活性,LSEV的外观造型更具立体感。可直接在原材料中添加颜色,直接打印出个性化的车身色彩。该款新车型将于今年4月上市,起售价为1万美元。目前,XEV Limited正致力于打造的车型在六款以上,预计将于今年7月底完成。

      大众计划未来三年通过3D打印量产车部件,使大众的制造能力提升到一个新的水平。目前已经在沃尔夫斯堡工厂开设新的零件制造中心。该中心将使用与惠普合作开发的最先进一代3D打印机打印汽车零件。大众计划在未来的两到三年实现生产用于车辆组装的金属和塑料零件,而不仅仅只是备件。目前,大众组建了一支由规划人员和研究人员组成的团队,致力于为3D打印应用到生产线奠定战略基础。大众的目标是未来可直接在生产线上使用3D打印技术实现整车制造。

      梅赛德斯奔驰也在不断扩大3D打印机的原装备件范围,自2016年以来,该品牌已经提供3D打印替换商用车零件,现在梅赛德斯奔驰宣布进一步更换零件,并已通过梅赛德斯驰的严格质量保证并正在进入市场。从奔驰300SLCoupé(W 198型号系列)的内侧后视镜底座到工具箱中的火花塞支架,对于W 110,W 111,W 112和W 123车型系列的滑动天窗滚轮,梅赛德斯奔驰将通过3D打印技术为客户提供新零件,3D打印非常适合较小的数量。现在可通过梅赛德斯奔驰经典中心从服务合作伙伴处获得300 SL双门轿跑车(198型号系列,更换部件号A40 198 811 00 25)的3D打印内镜底座。

      高速高效一体成型 3D打印优化汽车零部件制造工艺

      众多汽车生产厂商一致将目光投向3D打印,无外乎看中3D打印在个性化制造和一体成型方面的独特优势。因为3D打印技术的融入,给汽车行业提供了汽车制造新范式。

      通过3D打印,汽车制造一体化与轻量化的设计可以轻松实现,它将原本需要在生产线上组装上千个零件集成为几十个,而且使用碳纤维或者其他的复合材料,汽车重量大大下降。

      3D打印拥有更快的速度,更低的零部件成本,更高的机密性。利用3D打印技术,可以在数小时或数天内制作出概念模型,从而帮助整车厂和零配件厂商优化设计,并加速产品概念验证流程。

      在材料选择上,3D打印让汽车零部件有更多的选择空间,不同的机械性能以及精准的功能性原型制作,让制造商在前期可以随时修正错误并完善设计,使得错误成本最小化。

      在工装夹具方面,3D打印技术提供了一种快速准确的方法,大幅降低了工具生产的成本和时间。因而,汽车制造商迅速在产能、效率和质量上都得到了提升。

      在最终使用部件制造中,3D打印技术可让原始设备制造商和零件制造商的部件的生产不出现延迟,并可为汽车制造商定制生产持久耐用的最终使用产品。

      3D打印在汽车制造领域广泛应用

      作为一项新兴并且具有颠覆性的创新技术,3D打印在汽车领域的应用并不局限于汽车研发设计,在汽车个性化定制方面也有极大的应用空间。

      零部件设计生产

      在汽车零部件设计方面,由于3D打印的快速成型特性,研发人员可以利用3D打印技术,在数小时内或数天内通过电脑制作出概念模型,再将3D设计图直接转换成实物,减少了复杂零部件开发中的开模环节,还具备更高的精度,使得车辆设计制造成本低、研发周期短、生产效率更高。

      并且,3D打印允许多样的材料选择,不同的机械性能以及精准的功能性原形制作,使得设计人员在前期就能够随时修正错误并完善设计,尽早规避相应的错误。通过3D打印实现的错误规避和更加丰富的功能性实验,加快了零部件在设计层面的生产效率,并节约了研发设计当中发生错误所消耗的人力和物力成本。

      创新是企业发展的原动力,对于车企而言,创新意味着能够更早抢占市场先机。3D打印的加工精度和能够实现的复杂程度,都远远高于传统的CNC数控加工,能够让更加复杂、更具设计性且颠覆传统的零部件设计得以实现,越是传统加工工艺无法加工的零件,就越是3D打印的用武之地。例如造型更加复杂的轮毂,表面线条、纹理更加复杂的车身蒙皮部件或内饰部件,兼具轻量化、安全性和舒适性的汽车镂空座椅等等,无一不激发着人们对于汽车设计的全新思考。

      汽车个性化定制 

      虽然市面上有很多车型可以选择,但毕竟同一款车型是一个模具里生产出的量产车型,永远不是独一无二的。而随着3D打印技术的不断成熟,相信未来某天一定可以基于3D打印技术,实现整车个性化定制的普遍应用。虽然基于3D打印而实现的整车个性化定制目前看来还非常遥远,但目前已经有公司在致力为消费者提供设计自己3D打印汽车的机会。

      Hackrod正在为一款名为“La Bandita”的汽车创建部分3D打印件。它是全球首款采用虚拟现实技术设计的AI工程3D打印车。该公司已经与3D打印软件巨头Autodesk合作,并且现在与西门子 PLM Software签署了合作协议,以加速实现消费者成为汽车领域创造者的工程设计和制造自主化的共同愿景。此外,Hackrod最初将使用设计模板供客户选择。在更简单的笔记中,每个在一张纸上涂鸦和涂鸦设计的孩子都可以看到它成为现实。

      3D打印动力锂电池

      研究人员拓展3D打印在汽车领域的应用尝试,大胆的将触角延伸到电池打印中,在3D打印动力锂电池上已颇有成效。 卡内基梅隆大学机械工程学副教授Rahul Panat带领的一个研究团队与密苏里科技大学进行合作,他们已经研发出了一种3D打印电池电极的新方法,这种方法能够打造出拥有受控气孔的微观金属结构,以实现更高的电池容量和充放电速度。

      在锂离子电池中,拥有多孔结构的电极能够带来更强的蓄电容量。正是因为这种结构允许锂离子大量进入电极内,这就能够实现更高的电极利用率,而且带来更高的蓄电能力。在普通电池中,电极有30%到50%是得不到利用的。通过3D打印技术克服了这一问题,3D打印制造的微观电极结构能够让锂离子在电极内更有效的传输,这也会改善电池的充电速度。用作锂离子电池电极的微观金属结构能够将比容量提升四倍,而且与传统固体电池相比区域容量增加了两倍。

      结束语:新材料、新技术对汽车产业带来的冲击不可小视,3D打印技术能够促使汽车制造企业抛开传统加工生产思路,运用科技创新思路,把3D打印与汽车行业联系起来,完成体系创新。可以实现单件小批量快速定制,包括结构设计一体化,进一步实现柔性化,在这个过程中能够实现节能减排、提高质量、提高生产效率,从而推动整个汽车制造业智能化发展。

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