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模塊化制造:3D打印汽車零部件成為趨勢!

近年來,3D打印成為很多企業探討未來節省成本的制造方式,3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型,后逐漸用于一些產品的直接制造,已經有使用這種技術打印而成的零部件,如汽車零部件、計算機零部件等。
3D打印技術出現在20世紀90年代中期,實際上它是利用 光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同,打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”,與電腦連接后,通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。



而在3D打印技術眾多的應用領域中,汽車行業是3D打印技術最早的應用者之一。比如2018年大眾汽車就與惠普、吉凱恩粉末冶金合作開發的3D打印技術,為大眾生產功能性金屬零件,最快可以達到50倍于其它3D打印方式的速度。
此前 即便3D打印技術已經日益完善,但這項技術卻沒有在汽車市場大范圍應用。而現在,中國很多汽車零部件企業都開始將3D打印技術應用于汽車零部件制造,其中包括吉利汽車、東風汽車、北汽等都涉足了3D打印汽車零部件。
在國外,3D打印技術在輕量化、定制化的零部件或模具上廣泛使用。如福特汽車擁有多個3D打印實驗室,專門生產車內按鈕、旋鈕、進氣口及發動機罩等零部件;布加迪推出由3D打印生產的八活塞剎車卡鉗,梅賽德斯-奔馳和保時捷也在利用3D打印技術為老款車型生產金屬零件備件等。
近日還有外媒報道,美國加州車輪制造商HRE發明了一種3D打印車輪,專為邁凱倫P1(參數|圖片)設計。這種車輪通過減重,使車輛跑得更快。據悉,這是HRE打造的第二代3D打印概念車輪,車輪由一個碳纖維槍管及鈦合金輪輻組成,單個車輪重量約為9kg。邁凱倫P1配置這種輕量化車輪后,加速會變得更快。



在超跑車輪的制作過程中,HRE采取了兩種3D打印工藝,一種是直接金屬激光熔融工藝,采用激光器融化超細鈦合金粉末,逐層構建鈦合金熔融層,進而打造精細顆粒層,形成成品車輪。另一種是電子束熔煉工藝,采用一束電子進行加熱,在真空容器內將新金屬材料融化。



此外在訂購HRE的3D打印車輪時,用戶還可選擇不同的顏色及底漆進行定制化操作,這類車輪均為手工制作,制作時間較長但工藝十分精細。3D打印技術使用鈦合金材料,保證了零部件的強度,也為未來車輪定制化發展提供可能。


科普:3D打印汽車案例


經過幾年的發展,如今3D打印已經被廣泛應用于汽車零部件的研發。事實上,早在2014年9月,世界第一臺3D打印車已經問世--這輛由美國Local Motors公司設計制造、名叫“Strati”的小巧兩座家用汽車開啟了汽車行業新篇章。這款創新產品在為期六天的2014美國芝加哥國際制造技術展覽會上公開亮相。



據悉,Strati只有49個零部件,動力傳動系統、懸架、電池、輪胎、車輪、線路、電動馬達和擋風玻璃采用傳統技術制造,包括底盤、儀表板、座椅和車身在內的余下部件均由3D打印機打印,所用材料為碳纖維增強熱塑性塑料。Strati的車身一體成型,由3D打印機打印,共有212層碳纖維增強熱塑性塑料。
2015年7月,來自美國舊金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒(Blade)”。該公司表示此款車由一系列鋁制“節點”和碳纖維管材拼插相連,輕松組裝成汽車底盤,因此更加環保。
此后,斯特拉也通過3D打印技術完成了一輛斯特拉轎車,其完成組裝需時44小時。整個車身上靠3D打印出的部件總數為40個,相較傳統汽車20000多個零件來說可謂十分簡潔。汽車由電池提供動力,最高時速約64公里,車內電池可供行駛190至240公里。

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