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3D打印应用于汽车制造:星星之火可以燎原

2015-10-31 08:46
科技那回事
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  “世界范围内快速成型技术在汽车上的应用份额占到了31.7%”,一份来自Industry Week的报告显示——也就是说全世界近三分之一的3D打印技术用在了汽车制造领域。据统计,2014年仅在中国汽车消费就达到1970万辆,这个万亿级的庞大市场3D打印占到的份额仅为3.7亿美元。尽管如此,3D打印仍在以星星之火的态势迅速在汽车领域蔓延,据SmarTech预测,到2023年这个市场有望达到22.7亿美元,折合为人民币则将近150亿。

  谁在用?用在哪里?

  3D打印技术面临最大的难题便是“看得见却摸不着”的应用市场的开拓,然而在上个世3D打印一经面世就很快在汽车制造领域找到了适合生存的土壤,并深深地扎根于此。

  福特汽车上世纪80年代就已经购买了3D打印机,并逐渐建立了3D打印技术实验室和五大3D打印原型制造中心,共有14台不同的工业级3D打印机,每年制作的零件高达2万件。宝马自1991年起就将“增材制造”科技应用于概念车、原型车的制作。兰博基尼在早期是通过外包的形式在产品开发制造中应用3D打印技术。另外,上海大众高级经理沈卫东也告诉笔者,“大众汽车从2003年就开始使用3D打印技术了。”

  到今天,除了福特、宝马、兰博基尼、大众之外,像通用、保时捷、本田、克莱斯勒、奔驰、奥迪等,几乎所有的整车厂都在采用快速成型设备来满足汽车不同阶段的研发需求。

  “我们主要将3D打印应用于汽车新产品研发过程中,”沈卫东说,“其中设计阶段应用得最多,设计部门将一个零件在电脑上设计出来以后,我们就可以利用3D打印非常快速地制造出实体,然后对它做一个快速的评价,也有可能会装到实车上面测试一下它的性能,如果设计结构和装车性能都满足要求的话,我们就会冻结这个设计数据,然后再进行批量生产。”

  从内饰到轮胎、空气管道、盖子、气动模型、缸体、缸盖、燃油系统、壳体等设计及功能验证3D打印都可以大展拳脚,因为它无需开发模具便能非常快速地将原型打印出来,开发人员能通过3D打印件静态分析和实车安装发现问题,再和结构设计工程师技术沟通,优化零件结构设计,提高零件的强度和可制造性,简化零件结构,验证技术结构可行性,提高产品成熟度。

 

 隆源-CVT变速箱

  三帝打印科技有限公司CEO宗贵升向笔者介绍道:“我们在汽车研发初期帮助汽车制造厂设计新的发动机,或者改进发动机功能,只要一个星期时间,不需开模就可以将样品做出来。”三帝旗下的北京隆源自动成型系统有限公司早在2001年便开始为汽车企业提供缸体、缸盖、进气管、变速箱壳体的RP服务。

  除了设计验证之外,沈卫东介绍,用的比较普遍的是造型模型方面,“汽车造型有很多3D打印的模型,出来的效果几乎跟真车差不多,这样我们可以对车的造型做出有效评价,这对传统造型模型来说进步很大。”其次,3D打印还可以在一些辅助检具和夹具中使用。

  隆源-发动机缸盖

  然而,除了在研发的实验室阶段,近年来3D打印也逐步发展到功能零部件的打印,但仅限于赛车这种小批量且对个性化要求极高的车种。像宝马就为BMW Z4 GT3的一款DTM赛车3D打印了一个整体成型的轻金属水泵转子,以替代以前使用的塑料材质的部件。据行业内人士介绍,F1赛车的进气歧管为复杂薄壁结构,材料为镍合金材料,采用传统加工工艺难以完成,采用SLM技术就可以实现该零件的完全自动化一次整体成型,包含热处理和精加工,只需一周时间即可,功能齐全,适合高温高负荷运转。

  从总体来讲,3D打印在造型评审、设计验证、复杂结构零件、多材料复合零件、轻量化结构零件、定制专用工装、售后个性换装件等汽车方面的应用逐渐占到了主导的地位。

  3D打印的优势和应用障碍

  “越复杂的产品使用3D打印来做就越具有优势,像发动机的缸体、缸盖内的东西,使用传统工艺可能需要花三、四个月时间来做模具,但使用我们的无木模铸型制造技术两个星期就可以直接出具一件产品,原来的费用都是几十、上百万,用我们的技术就要降低很多了。”佛山峰华卓立的常务副总经理、高级工程师金枫一句话概括了3D打印相较于传统手段的优势——适用于复杂成形、周期短、成本低。这也是3D打印引得这些汽车厂商趋之若鹜的原因。

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