隨著“工業(yè)4.0”概念的不斷發(fā)布,3D打印作為革命的核心技術(shù)支撐之一,近年來又一次推向市場,并在許多行業(yè)得到應(yīng)用。汽車零部件制造是三維打印技術(shù)的關(guān)鍵推廣領(lǐng)域,處于制造業(yè)的重要地位。那么,目前3D打印技術(shù)在汽車工業(yè)中的研究和應(yīng)用呢?目前最大的技術(shù)瓶頸是什么?未來將采取什么形式?這類問題也受到業(yè)界的熱烈討論。
3D打印是什么?
在討論3D打印車之前,推廣了3D打印的概念:3D打印是一種快速原型技術(shù),也稱為材料添加制造技術(shù),該技術(shù)基于數(shù)字模型文件,并使用諸如粉末金屬或塑料之類的粘合材料來逐層構(gòu)造對象層。與普通打印機(jī)相比,3D打印機(jī)的“墨水”是原材料,它通過堆疊幾層材料來實現(xiàn)三維效果。許多人把這個過程比作構(gòu)建塊,它們有點相似。
深度解讀:3D打印技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用
在3D打印方面,難免會有人將其與數(shù)控技術(shù)進(jìn)行比較,數(shù)控技術(shù)被譽為“當(dāng)今機(jī)械加工制造領(lǐng)域的經(jīng)典工作”。在葛世偉的課堂討論中,徐曉舒博士指出這兩種技術(shù)是不同的。三維打印是一種附加的材料制造,用于增加相應(yīng)的材料來塑造工件。數(shù)控是一種材料減縮制造,是去除多余的材料形成工件。他們都有各自的優(yōu)勢。數(shù)控系統(tǒng)的加工精度高于三維打印,三維打印可制造零件的復(fù)雜度遠(yuǎn)高于數(shù)控系統(tǒng)。三維打印是傳統(tǒng)處理方法的重要補充。它的主要功能不是替代而是補充,所以三維打印和數(shù)控結(jié)合是一種很好的形式。
3D打印技術(shù)的優(yōu)勢在于,通過消除開放式模具連接的發(fā)展,縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期,可以為復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件節(jié)省更多的人力、財力和時間。此外,三維打印技術(shù)可以使金屬零件的力學(xué)性能和精度達(dá)到鍛件的指標(biāo),保證汽車零部件的精度和強(qiáng)度要求。
3D打印繼續(xù)升級,但仍不適合批量生產(chǎn)
觀看過007系列的最新電影SkyFall的觀眾肯定會對1960年阿斯頓馬丁DB5汽車被炸成碎片的事實感到不滿。事實上,燒毀的豪華車是由3D打印技術(shù)制造的。
事實上,3D打印不是一個新概念,已經(jīng)近三十年了,但是3D打印車的出現(xiàn)并不遠(yuǎn)離我們。2013年上半年,一輛名為Urbee2的汽車誕生,其前身Urbee最早于2010年推出。然而,當(dāng)時由于種種問題,它只是處于概念階段。URBEE 2包含50多個3D打印組件,但這比傳統(tǒng)的制造過程更簡單。除了底盤、動力系統(tǒng)和電子設(shè)備外,超過50%的車輛都是用ABS塑料印制的。URBEE2花了2500個小時,這意味著花了100天時間才能打印出這樣的車日和夜晚。
2014年,當(dāng)?shù)仄嚬就瞥隽薙trati(Strady)3D打印車的升級版。這款車的第一個改進(jìn)是它的底盤也采用了三維打印技術(shù),隨后它的打印時間僅為44小時。隨著裝配時間的增加,最新數(shù)據(jù)表明Strati只需三天就可以完成。從100多天到3天,效率的快速提高表明3D打印車的未來發(fā)展是不可預(yù)測的。
2014年,當(dāng)?shù)仄嚬就瞥隽松壈娴?D打印車Strati(Strati),它取得了進(jìn)展,首先是它的底盤也是利用3D打印技術(shù)制造的,其次,它只用了44個小時就能打印出來。隨著裝配時間的增加,最新數(shù)據(jù)表明Strati只需三天就可以完成。從100多天到3天,效率的快速提高表明3D打印車的未來發(fā)展是不可預(yù)測的。
最近,德國獨立汽車設(shè)計公司Edag在內(nèi)瓦車展上推出了一款3D打印概念車LightCocon。這輛新車的外殼只有每平方米19克重,相當(dāng)于一張A4紙的四分之一。
就在不久前,獨立的德國汽車設(shè)計公司EDAG在日內(nèi)瓦車展上推出了一款3D打印概念車LightCoogo,其重量僅為每平方米19克,即A4紙的1/4。
目前,3D打印技術(shù)主要有以下7種基本類型:材料熔融擠出有限差分(FDM)、粘合噴涂3DP、材料液滴噴涂、粉末貼片熔煉、直接能量沉積透鏡、薄材料疊加LOM、光敏樹脂貼片SLA。其中,F(xiàn)DM、粉末熔化和SLA已在汽車工業(yè)中得到應(yīng)用。徐博士說,目前有五個主要的應(yīng)用領(lǐng)域:1、設(shè)計;2、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的直接制造;3、汽車輕量化結(jié)構(gòu)件的制造;4、定制的工件和測試儀器;5、車型的制造。
然而,值得一提的是,3D打印設(shè)備的實際意義在于幫助您提高設(shè)計或產(chǎn)品樣品制備過程中某些環(huán)節(jié)的效率,而不是完全取代整個過程。就像烏爾比一樣,3D打印機(jī)可以打印車身外殼、減肥體、個性化設(shè)計,但電機(jī)等關(guān)鍵部件仍來自于傳統(tǒng)的制造業(yè)。與傳統(tǒng)汽車制造業(yè)最大的區(qū)別在于,3D打印汽車首先打印出一個完整的車身,然后填充其他零件,而不是將車身的所有零件組裝在一起。
深釋:三維印刷技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用
然而,值得一提的是,3D打印設(shè)備的實際意義在于幫助您提高設(shè)計或產(chǎn)品樣品制備過程中某些環(huán)節(jié)的效率,而不是完全取代整個過程。就像烏爾比一樣,3D打印機(jī)可以打印車身外殼、減肥體、個性化設(shè)計,但電機(jī)等關(guān)鍵部件仍來自于傳統(tǒng)的制造業(yè)。與傳統(tǒng)汽車制造業(yè)最大的區(qū)別在于,3D打印汽車首先打印出一個完整的車身,然后填充其他零件,而不是將車身的所有零件組裝在一起。
瓶頸:材料種類少 價格高
當(dāng)被問及3D打印在汽車應(yīng)用中的主要瓶頸時,徐博士說:“目前,用于3D打印的3D打印材料種類非常有限,其中采用選擇性激光燒結(jié)(SLS)印刷的主流材料是尼龍、玻璃珠復(fù)合材料、直接金屬成型材料和間接金屬成型材料。然而,這些材料與實際用于汽車的材料仍有很大的差距?!?/p>
除了小品種外,材料3D打印的另一個障礙是成本。為此,徐博士解釋道,“材料成本是一個相對的概念。在非常小的批次中,模具的成本分散在單個產(chǎn)品上,因此它的單個產(chǎn)品將更昂貴,但是如果它是以3D打印的,這個問題在模型中不存在,所以以3D打印單個或小批次的產(chǎn)品相對便宜。像每年數(shù)十萬輛汽車這樣的批量生產(chǎn),暫時使用3D打印是不符合成本效益的。”
總結(jié):
針對未來3D打印的發(fā)展趨勢,個性化定制是未來3D打印最適合的領(lǐng)域。在其發(fā)展過程中,材料將多樣化,然后打印機(jī)將被串行化,并從大小和溫度形成一個系列。一般來說,由于3D打印的材料、成本等方面的限制,3D打印在汽車工業(yè)中的應(yīng)用還有很長的路要走,從夢想到現(xiàn)實還有很長的路要走,但在“智能”盛行、一切皆有可能的今天,這個“夢想”也許會實現(xiàn)!繼續(xù)期待!
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