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深度解讀:3D打印技術在汽車產業的應用

2019-08-24

隨著“工業4.0”概念的不斷發布,3D打印作為革命的核心技術支撐之一,近年來又一次推向市場,並在許多行業得到應用。汽車零部件製造是三維打印技術的關鍵推廣領域,處於製造業的重要地位。那麽,目前3D打印技術在汽車工業中的研究和應用呢?目前最大的技術瓶頸是什麽?未來將采取什麽形式?這類問題也受到業界的熱烈討論。

深度解讀:3D打印技術在汽車產業的應用

3D打印是什麽?

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,也稱為材料添加製造技術,該技術基於數字模型文件,並使用諸如粉末金屬或塑料之類的粘合材料來逐層構造對象層。與普通打印機相比,3D打印機的“墨水”是原材料,它通過堆疊幾層材料來實現三維效果。許多人把這個過程比作構建塊,它們有點相似。

深度解讀:3D打印技術在汽車產業的應用

在3D打印方麵,難免會有人將其與數控技術進行比較,數控技術被譽為“當今機械加工製造領域的經典工作”。在葛世偉的課堂討論中,徐曉舒博士指出這兩種技術是不同的。三維打印是一種附加的材料製造,用於增加相應的材料來塑造工件。數控是一種材料減縮製造,是去除多餘的材料形成工件。他們都有各自的優勢。數控係統的加工精度高於三維打印,三維打印可製造零件的複雜度遠高於數控係統。三維打印是傳統處理方法的重要補充。它的主要功能不是替代而是補充,所以三維打印和數控結合是一種很好的形式。

3D打印技術的優勢在於,通過消除開放式模具連接的發展,縮短新產品的開發周期,可以為複雜結構金屬零件節省更多的人力、財力和時間。此外,三維打印技術可以使金屬零件的力學性能和精度達到鍛件的指標,保證汽車零部件的精度和強度要求。

2014年,Local Motors公司推出了升級版的3D打印車Strati(斯特拉迪),此車的進步之處首先在於它的底盤部分也采用了3D打印技術製造,其次它的打印時間僅為44個小時。如果加上組裝時間,最新的數據表明隻需要三天就能造出Strati。從超過100天到3天,效率的飛速提升預示著3D打印汽車的未來發展不可預估。

3D打印繼續升級,但仍不適合批量生產

觀看過007係列的最新電影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打印技術製造的。

事實上,3D打印不是一個新概念,已經近三十年了,但是3D打印車的出現並不遠離我們。2013年上半年,一輛名為Urbee2的汽車誕生,其前身Urbee最早於2010年推出。然而,當時由於種種問題,它隻是處於概念階段。URBEE 2包含50多個3D打印組件,但這比傳統的製造過程更簡單。除了底盤、動力係統和電子設備外,超過50%的車輛都是用ABS塑料印製的。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,當地汽車公司推出了Strati(Strady)3D打印車的升級版。這款車的第一個改進是它的底盤也采用了三維打印技術,隨後它的打印時間僅為44小時。隨著裝配時間的增加,最新數據表明Strati隻需三天就可以完成。從100多天到3天,效率的快速提高表明3D打印車的未來發展是不可預測的。

而就在日前,德國獨立汽車設計公司EDAG在2015年的日內瓦車展上帶來一款3D打印概念車LightCocoon,新車外殼每平方米僅重19克,是一張A4紙的四分之一。

2014年,當地汽車公司推出了升級版的3D打印車Strati(Strati),它取得了進展,首先是它的底盤也是利用3D打印技術製造的,其次,它隻用了44個小時就能打印出來。隨著裝配時間的增加,最新數據表明Strati隻需三天就可以完成。從100多天到3天,效率的快速提高表明3D打印車的未來發展是不可預測的。

最近,德國獨立汽車設計公司Edag在內瓦車展上推出了一款3D打印概念車LightCocon。這輛新車的外殼隻有每平方米19克重,相當於一張A4紙的四分之一。

就在不久前,獨立的德國汽車設計公司EDAG在日內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。

盡管3D打印車在不斷的興起和升級,在蓋世微課堂中,許博士很實際的指出,“3D打印技術應用在汽車領域尚不是其強項,因汽車是一個大批量生產的產品,而3D打印目前更適合於個性化產品和小批量產品的生產。”

盡管3D打印工具的興起和升級,徐博士在《格什威教室》中指出,“3D打印技術在汽車領域的應用還不是很強,因為汽車是批量生產的產品,3D打印更適合生產。個性化產品和小批量產品。”

雖然 3D 打印汽車在不斷興起和升級,但在世界微課中,徐博士非常現實地指出,“3D 打印技術還不是它在汽車領域的強項,因為汽車是量產產品,現在 3D 打印更適合個性化產品和小批量產品。””

三維打印在汽車上的應用圖形

深度解讀:3D打印技術在汽車產業的應用

目前,3D打印技術主要有以下7種基本類型:材料熔融擠出有限差分(FDM)、粘合噴塗3DP、材料液滴噴塗、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,FDM、粉末熔化和SLA已在汽車工業中得到應用。徐博士說,目前有五個主要的應用領域:1、設計;2、複雜結構件的直接製造;3、汽車輕量化結構件的製造;4、定製的工件和測試儀器;5、車型的製造。

然而,值得一提的是,3D打印設備的實際意義在於幫助您提高設計或產品樣品製備過程中某些環節的效率,而不是完全取代整個過程。就像烏爾比一樣,3D打印機可以打印車身外殼、減肥體、個性化設計,但電機等關鍵部件仍來自於傳統的製造業。與傳統汽車製造業最大的區別在於,3D打印汽車首先打印出一個完整的車身,然後填充其他零件,而不是將車身的所有零件組裝在一起。

深釋:三維印刷技術在汽車工業中的應用

然而,值得一提的是,3D打印設備的實際意義在於幫助您提高設計或產品樣品製備過程中某些環節的效率,而不是完全取代整個過程。就像烏爾比一樣,3D打印機可以打印車身外殼、減肥體、個性化設計,但電機等關鍵部件仍來自於傳統的製造業。與傳統汽車製造業最大的區別在於,3D打印汽車首先打印出一個完整的車身,然後填充其他零件,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

當被問及3D打印在汽車應用中的主要瓶頸時,徐博士說:“目前,用於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(SLS)印刷的主流材料是尼龍、玻璃珠複合材料、直接金屬成型材料和間接金屬成型材料。然而,這些材料與實際用於汽車的材料仍有很大的差距。”

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品上,因此它的單個產品將更昂貴,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品相對便宜。像每年數十萬輛汽車這樣的批量生產,暫時使用3D打印是不符合成本效益的。”

總結:

針對未來3D打印的發展趨勢,個性化定製是未來3D打印最適合的領域。在其發展過程中,材料將多樣化,然後打印機將被串行化,並從大小和溫度形成一個係列。一般來說,由於3D打印的材料、成本等方麵的限製,3D打印在汽車工業中的應用還有很長的路要走,從夢想到現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!繼續期待!


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