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3D打印行業(yè)動(dòng)態(tài)
一張圖看懂3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2018-08-28
市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)SmarTech于2015年發(fā)表的一份《增材制造在汽車行業(yè)的前景:下一個(gè)十年的預(yù)測(cè)》的報(bào)告認(rèn)為,3D打印在汽車行業(yè)的應(yīng)用蓄勢(shì)待發(fā),并且前景廣闊。
根據(jù)SmarTech的報(bào)告,3D打印在汽車行業(yè)2014年的總市場(chǎng)金額為3.7億美金,到2023年有望達(dá)到22.7億美金。汽車在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用從簡(jiǎn)單的概念模型到功能型原型朝著更多的功能部件方向發(fā)展,滲透到發(fā)動(dòng)機(jī)等核心零部件領(lǐng)域的設(shè)計(jì)。SmarTech預(yù)言2016年,汽車行業(yè)研發(fā)領(lǐng)域?qū)⒂瓉斫饘?D打印技術(shù)引入爆發(fā)期。
事實(shí)上,汽車廠商通過3D打印來完成汽車研發(fā)階段的原型開發(fā)與設(shè)計(jì)驗(yàn)證早已不是新鮮事,更多的汽車廠商使用3D打印來制造各種模具、夾具等以用于組裝和制造過程。可以說3D打印在造型評(píng)審、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、多材料復(fù)合零件、輕量化結(jié)構(gòu)零件、定制專用工裝、售后個(gè)性換裝件等方面的應(yīng)用逐漸被越來越多的汽車廠家采用。
下面,我們通過3D打印在汽車行業(yè)的主要應(yīng)用圖表上的邏輯順序與案例的結(jié)合,來一場(chǎng)有關(guān)與汽車研發(fā)與制造技術(shù)的進(jìn)化之旅行吧...
原型與設(shè)計(jì)驗(yàn)證
下圖的Stratasys的汽車輪胎原型是為賓利定制的,輪胎與輪轂一次性制造完成,與原車的輪胎大?。?:1;材料名稱:VeroGrey;制造時(shí)間:188小時(shí)28分鐘;材料消耗:24995g;支撐材料消耗:27413g
汽車墊子下方是硬的塑料,上面是可以折疊的橡膠材質(zhì)。當(dāng)打印像1000x800x500mm這樣大型的產(chǎn)品的時(shí)候,Stratasys Object 1000 Plus就派上了用場(chǎng),不僅可以1:1的尺寸制造汽車,航空航天行業(yè)需要的原型,而且經(jīng)濟(jì)。
該原型材料:VeroClear, TangoBlackPlus; 制造時(shí)間:11小時(shí)49分鐘;材料消耗:TangoBlackPlus 4882g, VeroClear 848 g;支撐材料消耗:12936 g
車身
Local Motors率先將直接數(shù)字制造(DDM)的概念用于3D打印汽車Strati,由美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)頭研發(fā)的BAAM(大尺寸增材制造)設(shè)備可用于實(shí)際生產(chǎn)。每小時(shí)40磅碳纖維增強(qiáng)ABS塑料的沉積速率和大尺寸意味著增材技術(shù)可用于大型部件如汽車等的生產(chǎn)。
Strati的車身主體是一體的,可以用3D打印機(jī)完整地打印出來??刹鹦兜淖慰梢宰尫奖憧蛻暨x擇自己喜歡的內(nèi)飾顏色和材質(zhì)來打印。其前大燈、后視鏡、擋風(fēng)玻璃和電子部件中加入了碳纖維以提升其強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)了“創(chuàng)新性、復(fù)雜性和實(shí)用性之間良好的平衡。
而且很快,客戶登陸Local Motors就可以通過在線商場(chǎng)來下單定制自己喜歡的汽車了。
與上述的Local Motors的塑料車身不同,超級(jí)轎跑Blade的車身是由鋁合金和碳纖維管像搭建積木一樣組成的。
Blade主體部件是鋁合金和碳纖維,非常輕,速度很快——它的加速度比邁凱輪P1更大,功率重量比是布加迪威龍的2倍。它能夠在短短2.2秒內(nèi)從0加速至60英里每小時(shí)(邁凱輪P1的這個(gè)數(shù)字是2.8秒)。它的重量只有1400磅,并且安裝著一個(gè)4缸700馬力的雙燃料內(nèi)燃機(jī),可使用汽油或壓縮天然氣為燃料。汽車底盤由大約70個(gè)3D打印的鋁節(jié)點(diǎn)組成的,工人手工組裝該底盤前后歷時(shí)僅30分鐘。而底盤本身的重量只有61磅。
車內(nèi)飾
關(guān)于3D打印用于汽車內(nèi)飾,甚至是外飾的話題,在這里就話不多說了,直接上美圖。
標(biāo)志
寶馬
賓利
功能零件
汽車座椅
豐田汽車與Materialise共同設(shè)計(jì)的汽車座椅以使得座椅重量更輕,同時(shí)舒適感更強(qiáng)。汽車座椅低重力密度區(qū)域的鏤空處理帶來雙重的好處。第一個(gè)方面,創(chuàng)造了更大的散熱能力。第二個(gè)方面,節(jié)省大量的材料。事實(shí)上,汽車座椅的重量減少了高達(dá)72%,比原來輕了18公斤。
除了汽車座椅,Materialise還做過汽車方向盤的輕量化嘗試。
電容
之前3D打印技術(shù)一般需要對(duì)電池的不同組成部件分別進(jìn)行單獨(dú)打印,例如電池所采用的陰極、陽極以及電解質(zhì)等均需要單獨(dú)打印。Graphene 3D實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行的多種材料同時(shí)打印,大大簡(jiǎn)化了電池的3D打印過程,在一次打印過程中就可以完成整個(gè)電池的打印工作。
多功能結(jié)構(gòu)電池一經(jīng)推出便吸引了大量研發(fā)團(tuán)隊(duì)的關(guān)注,其中就包括沃爾沃汽車公司。多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目的主要目的就是為車輛電池提供一種具有革命性意義的電能存儲(chǔ)方案。
除了打印電容,來自澳大利亞的一家公司EVX Ventures還在大膽地探索3D打印太陽能汽車。
發(fā)動(dòng)機(jī)缸體
歐洲賽車隊(duì)通過3D打印技術(shù)改善他們賽車的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。這個(gè)項(xiàng)目由位于加利福尼亞的圣克拉拉的FIT Technology Group技術(shù)部門來完成的,F(xiàn)IT通過SLM選擇性激光融化增材制造技術(shù)來制造出新的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋。
通過選擇性激光熔化方案顯著提高氣缸蓋的表面散熱面積,減少振動(dòng)和重量。結(jié)果是減少了66%的氣缸蓋重量,從5095克到1755克,并且體積也從1887立方厘米減少到650立方厘米。而氣缸蓋的表面面積從823平方厘米增加到6052平方厘米,主要是通過晶格結(jié)構(gòu)帶來的復(fù)雜的組織相比,這帶來了更有效的冷卻性能,而冷卻性能對(duì)賽車的性能表現(xiàn)至關(guān)重要。
水泵輪
下圖的這個(gè)部件是用選擇性激光熔融(SLM)技術(shù)制造的,該技術(shù)主要通過使用激光融化金屬粉末制造3D對(duì)象。制造完成的水泵輪被安裝到一輛寶馬DTM賽車的動(dòng)力系統(tǒng)中。這使得寶馬公司能夠快速迭代水泵輪,甚至如果需要的話可以根據(jù)具體的比賽條件進(jìn)行定制。而且無需生產(chǎn)模具,零部件修改需要的成本接近于零。
散熱系統(tǒng)
熱交換器的技術(shù)發(fā)展在過去20年里幾乎可以說是停滯狀態(tài),由于傳統(tǒng)的、減材制造方法對(duì)加工帶來很多限制。隨著3D打印粉末床選擇性金屬融化技術(shù)的發(fā)展,通過增材制造的方式生產(chǎn)的熱交換器不但減少了重量,同時(shí)提高了熱交換接觸效率,提升了熱交換器的整體性能。
其他零件
賓利在Speed 6概念車上大膽嘗試3D打印技術(shù),其中Speed6車門的鉸鏈就是用金屬3D打印的,其鏤空的結(jié)構(gòu)看起來就像是一面抽象的英國國旗。
仿生學(xué)與未來汽車
Soulmate是德國博世、EDAG和制造商之間的合作項(xiàng)目結(jié)果,EDAG和博世親切地稱其創(chuàng)作的車為“Soulmate”,Soulmate翻譯成中文不僅僅是知己,更是靈魂伴侶,用來比喻車,可見這輛車對(duì)主人意識(shí)的感知程度是不一般。而這也意味著未來的車將全面接入IoT物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。如此知性又感性的概念車,3D打印可以說在其中發(fā)揮了極大的長處。
輕量化是未來汽車的一大特點(diǎn)。EDAG的設(shè)計(jì)師從葉子中汲取靈感,應(yīng)用于輕量級(jí)外殼。它的仿生靈感的“骨架”結(jié)構(gòu)完全是3D打印,并覆蓋汽車外層。經(jīng)過拓?fù)浞律鷮W(xué)優(yōu)化的車的骨骼結(jié)構(gòu)在承載力低的地方減少材料的使用,在承載力高的地方提高材料的密度,從而成為一種輕質(zhì)、高效的汽車。重量輕、效率高,且無任何浪費(fèi)。
并且,Soulmate發(fā)光的外部皮膚可以提醒其他司機(jī),其他車輛盲點(diǎn)上的潛在危險(xiǎn)。當(dāng)在高速公路發(fā)生危險(xiǎn)的時(shí)候,司機(jī)也可以讓任何一扇門發(fā)出紅色的閃光以提示其他的司機(jī)。。此外,車輛與人的交互界面可以通過手勢(shì)控制和通過觸覺輸入來控制,這使得司機(jī)能夠保持專注于道路行駛安全上。
另外,3D打印在汽車的研發(fā)過程中和制造流水線上所需要的工裝夾具也發(fā)揮著積極的應(yīng)用。而對(duì)于汽車發(fā)燒友,3D打印在售后汽車改裝領(lǐng)域打開了另一個(gè)想象空間。