三維打印技術(shù)在汽車零部件領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,這是一個大趨勢。有人說,這將是汽車工業(yè)的一個重大突破,很可能會顛覆傳統(tǒng)的四項工藝。如今,理想似乎一點一點地照耀著現(xiàn)實。隨著"工業(yè)4.0概念"的不斷發(fā)展,3D打印作為革命技術(shù)支持的核心之一,近年來又被推向了市場的前沿,并被用于許多行業(yè)。汽車及零部件制造業(yè)是制造業(yè)的驕傲,是3D打印技術(shù)推廣的重點領(lǐng)域。然而,汽車輕量化是一種長期趨勢,傳統(tǒng)汽車、汽車輕量化是節(jié)能降耗的必由之路。
目前,3D打印技術(shù)有七種基本類型:材料熔融擠出FDM、粘合劑注入3DP、材料微滴注入、粉末平熔、直接能量沉積透鏡、薄疊加LOM、光敏樹脂平SLA。其中,F(xiàn)DM 、鋪粉熔煉、 SLA 等已在汽車工業(yè)的制造中得到應(yīng)用,不僅汽車零部件,很多企業(yè)也開始嘗試印刷“整車”。
3D打印的優(yōu)勢
與傳統(tǒng)數(shù)控加工和制造業(yè)中的其他“減材制造技術(shù)”相比,3D打印技術(shù)的魅力在于它能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任意形狀的零件。避免了復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬件開模環(huán)節(jié)的發(fā)展,縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期,節(jié)省了更多的人力和財力資源。具有制造成本低、開發(fā)周期短、生產(chǎn)效率高的明顯優(yōu)勢。此外,利用三維打印技術(shù)在早期設(shè)計中驗證產(chǎn)品裝配的可行性時,可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計誤差、復(fù)雜零件或原型原理的可行性。
生產(chǎn)形狀復(fù)雜、尺寸精細、制造難度大的零件也是3D打印技術(shù)的一個亮點?;谄湓?,3D打印技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)中并不快速、昂貴,但是這種技術(shù)積累了來自劃痕的材料,不受傳統(tǒng)加工方法的限制,并且可以生產(chǎn)幾乎任意形狀的產(chǎn)品。例如,具有復(fù)雜但非常精確的孔的零件,或制造中空的細臂,使用3D打印技術(shù)比傳統(tǒng)的處理技術(shù)更快更容易。最重要的是,3D打印技術(shù)使零件的制造不再局限于加工過程,而更多地依賴于理念,越是怪異,越是傳統(tǒng)的加工工藝無法加工零件,就越有機會使用三維打印技術(shù)。在這個過程中,與傳統(tǒng)技術(shù)相比,成本節(jié)約也是3D打印對用戶最大的吸引力。
現(xiàn)階段的應(yīng)用
與傳統(tǒng)的汽車制造業(yè)相比,三維印刷的生產(chǎn)能力低,大規(guī)模生產(chǎn)難度大。另外,由于安全因素的影響,原材料的質(zhì)量和成本難以平衡,導(dǎo)致自行車生產(chǎn)成本較高,制約了3D汽車在現(xiàn)階段的商業(yè)化。
在這一階段,3D 打印的應(yīng)用可能更適合于設(shè)計領(lǐng)域和汽車研發(fā)階段,以及單件的小批量生產(chǎn),如整車的油泥模型、車身、底盤、同步器等零部件的開發(fā),以及橡膠和塑料零件的單件生產(chǎn)。
在設(shè)計領(lǐng)域,由于三維打印的快速成型特性,汽車制造商可以應(yīng)用于汽車形狀設(shè)計的研究和開發(fā)。與傳統(tǒng)的油泥模型手工生產(chǎn)相比,3D打印可以更準確地將3D設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為實物,時間更短,提高了汽車設(shè)計水平的生產(chǎn)效率。目前,許多汽車制造商已經(jīng)開始在設(shè)計中使用3D打印技術(shù),如梅賽德斯-奔馳設(shè)計中心。
在零部件領(lǐng)域,3D打印技術(shù)也能快速生產(chǎn)出復(fù)雜的產(chǎn)品。在傳統(tǒng)汽車制造領(lǐng)域,汽車零部件的開發(fā)往往需要長期的研發(fā)、測試。從R&D到測試,還需要制作零件和模具,不僅花費了很長時間,而且還具有較高的成本。當出現(xiàn)問題時,糾正零件需要同樣長的時間。然而,3D打印技術(shù)可以快速地制造復(fù)雜的部件,當在測試中存在問題時,可以再次測試3D文件重印??梢哉f,3D打印技術(shù)將使未來零件的開發(fā)更便宜、更高效。
3D打印與CNC的結(jié)合
雖然3D打印技術(shù)已成功地簡化了傳統(tǒng)和復(fù)雜的生產(chǎn)工藝,但在材料領(lǐng)域中存在的難題已被編程,但在當前的開發(fā)中如何擴展3D打印技術(shù)的應(yīng)用存在一些問題。它還受到技術(shù)設(shè)備、新材料、設(shè)計軟件、質(zhì)量安全和公共環(huán)境的限制和影響。
此外,3D打印并不能完全取代傳統(tǒng)的數(shù)控加工,兩者都有其自身的優(yōu)勢。數(shù)控加工精度高于3D打印,三維打印所能制造的零件的復(fù)雜程度遠高于數(shù)控加工。3D打印是對傳統(tǒng)處理方法的重要補充。它的主要功能不是替換,而是補充。因此,3D打印和CNC的結(jié)合是一種很好的形式。
未來,只有將三維打印技術(shù)的個性化、復(fù)雜化和高難度與傳統(tǒng)制造業(yè)的大規(guī)模、批量、精細化相結(jié)合,技術(shù)、信息技術(shù)和材料技術(shù)才能與制造技術(shù)、信息技術(shù)和材料技術(shù)相結(jié)合,才能促進汽車制造業(yè)三維打印技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。
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