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3D打印如何适应汽车行业生产需求

  为了给电动汽车减重,通用汽车正在采用欧特克(Autodesk)的创成式设计软件对车内零部件进行优化设计,而这一次来自底特律的通用汽车动真格了,他们计划在大约一年内在车内安装这些零件,也就是说通用汽车要将3D打印运用到制造领域。

  

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  那么通用汽车是如何看待3D打印技术与汽车零件生产的结合度呢?为此,通用汽车公司的全球研发主管AnilSachdev博士探讨了汽车行业在增材制造(AM)方面面临的挑战,以及需要改变的地方,以便成为主流技术。

  死胡同,量变的挑战

  谈到汽车行业,3D打印目前仍然主要局限在原型和小批量零件的应用领域,但我们想改变这一点,那么要将3D打印尤其是粉末床金属熔融技术纳入到汽车领域的大批量生产,使其成为适合汽车生产的经济可行的技术,面临的挑战有哪些呢?

  

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  汽车行业需要利用增材制造的具体优势来提升产品设计,但是当谈到用于经济性的生产,以便将产量从小批量的十几个增加到至少每年100万个。在我们能够打破这个百万产能障碍之前,3D打印对于进入到汽车的生产线方面将一直处于死胡同。

  五个障碍

  在产量之路上,现实和目标之间存在五个主要障碍:

  机器尺寸:由于大多数粉末床金属3D打印设备都有明显的加工尺寸限制,当前普遍限制在400毫米,或者在600毫米,因此我们可以一次性整体创建的部件只有少数几个。即便对于小型部件来说,机器尺寸仍然限制了产能,就拿一次性创造五到十个零件来说–这与一百万个零件产能的需求还是存在非常大的挑战。而这仅仅是小型零件的加工,对于非常大的铸件和冲压件的距离,还有很长的路要走。

  准确性:粉末床金属3D打印设备的成本已经很高了,即便如此还需要考虑需要增加后期处理的人力和费用,这使得该技术的价格太贵了。直到增材制造能够以最小的后处理需求来创建精确的零件,目前对于大规模汽车生产而言,经济上是否可行是非常关键的考量因素。

  

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  材料:大多数3D打印材料目前主要适用于医疗和航空航天工业,而这两个领域的产品生命周期特点以及成本结构是可以接纳3D打印技术的,尤其对于那些昂贵的加工材料来说。

  目前汽车领域可用的合金通常是用于铸造或锻造产品的合金,而对于3D打印来说,合金的开发则需要考虑增材制造工艺中经历的快速加热和冷却速率因素。

  效率:目前增材制造对于汽车生产来说太慢了,考虑到与相互竞争的其他制造方法相比,冲压机每六秒钟可生产一个零件,而粉末床金属熔融技术则需要几个小时才能生产一批小零件。

  成本:作为高产量和面向消费者的行业,成本是汽车行业的主要因素。例如,铸造工艺,虽然增材制造可以将许多零件组合在一起一次完成,但铸造几乎可以便宜两个数量级。增材制造将不得不与过去50年来经过不断优化的流程相竞争,并提供额外的价值以取代它们。

  标准与合作

  所有这些问题都不能由单一实体来解决–甚至单独一个部门都无法解决。尽管机器制造商正在努力满足规模和生产能力的要求,但作为汽车生产商也必须主动探索,目前通用汽车正在关注材料开发和工艺。例如,通用汽车正在研究金属粉末的开发和处理作为与产能相关的函数,利用先进的建模技术可以帮助解决希望克服增材制造目前的障碍。

  

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  当然汽车行业对于标准的需求是粉末床金属熔融技术所面临的另外一个挑战,随着针对增材制造的标准开始浮出水面。这些标准本身还需要获得在整个行业中集体发展,因为拿通用汽车来说,每年需要数以亿计的部件,每个机器制造商都有其独特的粉末是不可持续的–汽车行业的纯量要求不允许这样做。而更何况粉末标准仅仅是冰山一角,3D打印行业的厂家需要协调起来站在行业发展的角度看待如何可以共同支持增材制造的发展,并打破所有重要的障碍。