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3D打印:成为汽车制造行业未来的助力

国际金属加工网 2022年03月14日

3D打印技术自从问世以来,在各个行业都发挥着越来越大的作用。3D打印技术也在不断地向多样化迈进,应用越变得越来越广泛。在汽车行业,3D打印技术被应用于工具、夹具、零部件制作等等各个环节,虽然时至今日,3D打印整辆汽车还是无法实现的事,但是在汽车工业生产体系,3D打印技术应用于原型测试、生产工具制造和零部件制造,已经在逐步替代传统制造。未来完成规模化3D打印生产,3D打印技术很可能会成为汽车行业发展和创新的关键技术之一。

3D打印技术助力汽车行业发展

对于汽车行业而言,3D打印技术应用提高了整个开发流程的效率,增加了零部件的制造精度和定制程度,缩短汽车上市周期,并降低时间和生产成本。

2021年,越来越多的汽车厂商在制造过程中选择了3D打印技术。保时捷推出2万元的3D打印座椅,与之前相比支撑性更好;通用AIC中心安装24台金属和非金属3D打印机,用于设计汽车原型及工具;大众汽车粘结剂喷射技术将批量应用,金属3D打印零件年产量达10万个;福特将大规模生产金属3D打印汽车部件,采用粘结剂喷射技术;斯柯达利用3D打印技术精简汽车生产流程。

而在汽车制造流程中,也常见3D打印技术的身影。

瑞士-瑞典跨国电气设备公司ABB的机器人部门ABB Robotics,在2020年就已在其机器人仿真程序中引入了3D打印软件。利用这一新功能,用户将能够对ABB机器人进行编程,从而在30分钟内开始增材制造生产。作为其RobotStudio软件的附加组件,ABB通过新的3D打印软件免除手动编程的步骤,从而加快原型生产速度。ABB机器人可用于汽车制造过程中的焊接、材料处理、小零件装配、喷漆和涂饰等。

机床制造商德马吉森精机/DMG MORI,拥有独特的混合式(增材制造与传统制造结合)加工解决方案,它将铣削加工技术与激光金属沉积加工工艺结合在一起,应用于具有完整铣削功能的激光熔覆加工机床上。LASERTEC65 3D Hybridd是德马吉森精机推出的3D打印混合制造打印机,融合了5轴喷粉堆焊和5轴联动铣削加工技术,可交替进行堆焊、铣削以及车削加工。基于激光堆焊的增减材一体制造工艺不仅可生产非常复杂的几何形状,而且同时可解决3D打印的表面质量问题及材料复合问题。

而非混合制造设备的生产商西门子/siemens,用于定向能量沉积3D打印的Siemens NX 系统,在增材、减材混合制造中发挥了重要作用。Siemens NX Complete Hybrid CAD / CAM系统在完全集成的“designthrough-CNC”编程解决方案中提供混合增材制造的功能,包括用于集成激光粉末包覆和铣削的后处理和加工模拟。大多数混合制造系统利用定向能量沉积工艺,软件对于实现和优化零件几何形状变得至关重要。

而作为3D打印公司,3D Systems也为汽车行业制造提供了软硬件产品和服务解决方案。其中SLS技术在生产其他工艺难以处理的复杂几何形状时表现得游刃有余,将制模环节所产生的时间与成本压力也一并解决,并获得理想热塑塑料零部件运用于汽车制造中。而利用SLA技术可以生产出模拟玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸和其他透明材料的透明部件,用于汽车制造环节需要透明性的设计中。

3D打印在汽车行业的瓶颈与未来

3D打印技术作为新型制造技术,在全球汽车行业内的应用快速发展的同时,3D打印也面临很多的技术难题和瓶颈。

根据调查报告显示,目前3D打印技术主要集中于小批量制造,缺乏大批量制造成功案例,3D打印技术的成本制约着它的大规模推广应用,成本过高导致很多用户认为它无法完成零部件的大批量生产,还是需要依靠传统的铸造、锻造、机加等工艺,降低成本是推广3D打印技术的关键之一。

3D打印技术具有全新的设计理念和思维,能够实现复杂结构的制造可行性,但是新型的设计方法如拓扑优化、点阵结构、创成式设计、结构功能一体化等,与传统的设立理念产生矛盾,无法兼容;与其他横向技术比如传统机床制造的融合不足,使得3D打印受到诸多限制,3D打印急需与材料基因组、高精度能量控制、数字孪生、新能源、绿色制造等先进技术结合。

如何进行技术变革与融合,是3D打印技术在汽车行业亟待解决的问题。

3D打印技术虽然现如今还存在着诸多问题和限制,但不可否认的是,在汽车制造行业的数字化转型的过程中,他将占据着非常重要的地位。

我国2021年发布的《“十四五”智能制造发展规划》中将增材制造列入关键核心技术,并提出中国将突破设计仿真、混合建模等基础技术,开发应用增材制造、超精密加工等先进工艺,攻克智能感知、人机协作、精益管控等共性技术,突破一批“卡脖子”基础零部件和装置。现在全球都都已经将3D打印技术作为未来制造业的重点发展方向,未来3D打印领域的竞争也会愈加强烈。

纵观3D打印技术在汽车行业的应用,原型制作、轻量化、量产,都将在未来得到进一步的深化使用,随着新能源汽车的发展,3D打印将会得到更加广阔的应用。行业人士称,2022年我们将看到更多的人转向经认证的增材制造,以取代或补充传统的生产流程更少的仓储和更多的按需增材生产,这也将支持企业的可持续发展目标。选定的材料和技术将得到认证,制造的零件将满足特定行业的要求,如精度或可燃性。

也许就在不久的将来,3D打印技术酒会实现直接生产出大批量生产的汽车,但这还需要3D打印技术、材料、速度等的进一步突破,未来3D打印技术仍有无限可能。



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