3D打印究竟适合哪些汽车应用?

发表于 2015-10-29 04:52:06 显示全部楼层 0 5636

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新科技不断涌现的时代,“3D打印”炙手可热,并且已经运用于多个行业,汽车及零部件制造则是3D打印技术重点推广的领域,目前,不仅汽车底盘、内饰、车身外覆盖件等很多零部件都已成功运用ABS塑料和碳纤维材料作为基础材料,实现了3D打印生产,“整车”打印也已被秀了多次,打印时间越来越短,技术水平越来越高,赚足了全世界的眼球。

从原理上说,3D打印是快速成型技术的一种,又称“增材制造技术”,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,由计算机控制,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,它通过若干层材料的堆叠达到立体效果。

目前3D打印技术有七种基本类型,分别为:材料熔融挤出FDM、粘合剂喷射3DP,材料微滴喷射、粉材平铺融化、直接能量沉积LENS、薄材叠加LOM、光敏树脂平铺SLA。其中,FDM、粉材平铺融化以及SLA已经应用在汽车工业制造上了,而且不仅是汽车零部件,很多企业开始大胆尝试打印“整个”汽车。

3D打印究竟适合哪些汽车应用?

3D打印究竟适合哪些汽车应用?

3D打印的汽车
世界首款3D打印汽车Urbee 2于2013年面世,它是一款混合动力汽车,绝大多数零部件来自3D打印。除了底盘、动力系统和电子设备等,Urbee 2超过50%的部分都是由ABS塑料打印而来的,耗时2500小时。

2014年,Local Motors公司用3D打印技术制造了Strati(斯特拉迪),该车只有40个零部件,除了动力传动系统、悬架、电池、轮胎、车轮、线路、电动马达和挡风玻璃外,包括底盘、仪表板、座椅和车身在内的余下部件均由3D打印机打印,所用材料为碳纤维增强热塑性塑料,整个打印时间仅为44个小时。Strati的最大速度可达到每小时40英里(约合每小时64公里),一次充电可行驶120~150英里(约合190到240公里)。

今年,EDAG在2015日内瓦车展上带来一款3D打印概念车LightCocoon,新车外壳每平方米仅重19克,是一张A4纸的四分之一。该车摒弃了普通汽车的外壳设计,采用3D打印技术创造了奇特的造型,而其特殊的材料不仅具有“仿生学优化的车身结构”和“防风雨纺织品外壳”,而且还轻如尘埃。新车整体采用了背光设计,其设计的灵感来源于树叶的纹路和脉络。

3D打印究竟适合哪些汽车应用?

3D打印究竟适合哪些汽车应用?

3D打印的优势
与传统制造业的CNC数控加工等“减材制造技术”相比,3D打印技术的的魅力主要在于可直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,可以为复杂结构金属零部件免去开发开模环节,缩短新品开发周期,节省出更多的人力、财力和时间,具有制造成本低、研制周期短、生产效率高等明显优势。

此外,运用3D打印技术在设计早期验证产品装配可行性时,能及时发现产品设计差错、复杂零部件或样机原理的可行性。

生产形状复杂、尺寸微细、难于制造的零件也是3D打印技术的强项!基于其原理,3D打印技术用于大批量的生产虽然并不快,且成本昂贵,但此技术从零开始堆积材料,不受传统加工手段制约,可以制造几乎任意形状的产品。比如带有形状复杂却十分精确的孔的零件,或者要做一个中空的薄臂件,这时用3D打印工艺就比传统加工工艺快捷省事。最重要的是,3D打印技术让零件的制造不再拘泥于工艺,而更多的是取决于想法,越是稀奇古怪,越是传统加工工艺无法加工的零件,就越是3D打印技术的用武之地。在这个过程中,相对于传统工艺,节省成本也是3D打印对用户的最大吸引力。

3D打印究竟适合哪些汽车应用?

3D打印究竟适合哪些汽车应用?

现阶段的应用
相较传统汽车制造业而言,目前,3D打印的产能还是较低,很难大规模量产。此外,由于需要考虑到安全性等因素,原材料品质与成本因素很难平衡,导致单车生产成本过高也制约着现阶段3D汽车的商业化。

现阶段而言,3D打印的应用也许更适合设计领域和汽车研发阶段,还有单件小批量生产,例如整车的油泥模型,车身、底盘、同步器等零部件开发,以及橡胶、塑料类零件的单件生产。

设计领域,由于3D打印的快速成型特性,汽车厂商可以应用于汽车外形设计的研发。相较传统的手工制作油泥模型,3D打印能更精确的将3D设计图转换成实物,而且时间更短,提高汽车设计层面的生产效率。目前许多汽车厂商已经在设计方面开始利用3D打印技术,比如奔驰设计中心。
零部件领域,3D打印技术还能快速的生产造型复杂的产品。在传统汽车制造领域,汽车零部件的开发往往需要长时间的研发、测试。从研发到测试阶段还需要制作零件模具,不仅时间长,而且成本高。当存在问题时,修正零件也需要同样漫长的周期。而3D打印技术则能快速制作造型复杂的零部件,当测试出现问题时,修改3D文件重新打印即可再次测试。可以说,3D打印技术让未来零部件的开发成本更低,效率更高。

3D打印与CNC的结合
虽然3D打印技术已成功地将传统复杂的生产工艺简单化,将材料领域的疑难问题程序化,但就目前的发展来看,如何扩展3D打印技术的应用还存在一些问题。它还受技术装备、新型材料、设计软件、质量安全和公共环境等制约和影响。

此外,3D打印并不能完全替代传统CNC加工,这两者也各有各的优势,CNC的加工精度会高于3D打印,而3D打印能够制造的零件的复杂程度要远高于CNC。3D打印是传统加工方式的一种重要补充,它的主要功能不是替代而是补充,因此,3D打印和CNC结合是一种非常好的形式。

未来,只有将3D打印技术的个性化、复杂化、高难度的特点与传统制造业的规模化、批量化、精细化相结合,与制造技术、信息技术、材料技术相结合,才能不断推动3D打印技术在汽车制造业的创新发展。
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