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间接3D打印智造——汽车轻量化下的高价值增材制造解决方案

发布时间 | 2023-04-10 点击量 | 72428

汽车轻量化能够有效降低碳排放


随着碳排放标准日益趋严,汽车轻量化已成为了全球汽车工业的一致目标。根据欧洲汽车工业协会的研究,汽车质量每下降 100公斤,百公里油耗可下降0.4L,碳排放大约可以减少1公斤。而近些年,伴随新能源汽车的迅速发展和普及,新能源汽车的研发对轻量化也愈发重视。据悉,新能源汽车每减重10%,续航里程可提升5%-6%,因此轻量化也是新能源汽车节能、降耗、增加续航里程的重要技术路径之一。


▲汽车轻量化的优势


节能减排一直都是汽车行业非常重视的问题。而对于车身的轻量化也一直是车厂研发的重要工作,几公斤都会影响汽车性能的表现。但受限于传统制造技术,一些创新的结构和材料存在“设计得出却造不出”的问题,增材制造(3D打印)技术却可直接从计算机模型数据中生成任何形状的零件,可以实现传统制造难以生产的零件。而且随着3D打印技术的不断突破,汽车制造领域已经越来越多采用3D打印技术进行汽车轻量化零部件研制测试。


▲3D打印设计制造的汽车轻量化结构件(来源:升华三维)


如今,轻量化技术已成为汽车制造行业重要发展方向,汽车零部件除了可以采用更多的轻量化材料,如碳纤维、铝合金、镁合金等,以降低汽车重量,提高燃油经济性和续航能力。还可以通过结构尺寸优化、形状优化、拓扑优化等方面,在满足设计性能的前提下实现轻量化结构设计,尽可能使汽车零部件材料在空间合理分布,从而获得更轻的结构零件。但对于汽车结构件制造来说,更多的是不规则的几何形状,传统车削加工均无法实现。而3D打印技术的无模复杂结构成型和材料层层叠加的特性,却能够实现高度的定制化和柔性化生产,同时还能减少生产过程中的浪费和成本。


▲拓扑优化的轻量化电气发动机支架样品(来源:升华三维)


PEP为汽车轻量化提供了新的技术路径


粉末挤出打印技术(PEP)是由升华三维推出的一种将“3D打印+粉末冶金”相结合的金属/陶瓷间接3D打印技术。该技术使用粘结剂与金属/陶瓷粉末混炼造粒成颗粒材料,通过3D打印机系统加热成熔融膏状,再挤压并逐层堆积成型,打印出结构件生坯。然后再结合粉末冶金的脱脂烧结等工艺进行后处理,获得最终的高性能部件,从而获得满足实际应用需求的结构件。PEP技术广泛适用于粉末冶金工艺的金属和陶瓷材料,能够制造出复杂结构、轻量化设计、一体化成型的结构零件。


▲粉末挤出打印技术(PEP)


PEP技术可应用于制造汽车轻量化零部件,如发动机缸体、传动系统零部件、底盘和车身结构等。如在晶格结构填充设计汽车金属零件3D打印案例中:设计工程师采用升华三维UPrise3D切片软件填充设置功能,对零件模型指定区域进行独特的晶格设计。通过PEP工艺实现复杂模型的打印成型和脱脂烧结,在不牺牲零件结构刚性和完整性的情况下,实现了轻量化的设计和制造,有效改进了其强度重量比,且节省了使用材料成本和废料的产生,为汽车制造行业的可持续发展要求提供了一种新的技术路径。


▲3D打印设计制造的汽车轻量化结构件(来源:升华三维)


升华三维向汽车制造业提供高价值间接3D打印方案


目前,增材制造技术已经广泛应用于汽车零部件制造领域。除了轻量化零部件的制造,PEP技术还可以用于汽车的快速原型制造、修复和改装等领域,如发动机部件、制动系统、悬挂系统、底盘部件、轮毂等。汽车制造商可以通过PEP技术更加自由地设计和制造零部件,提高产品性能和创新水平,同时也可以根据市场需求和客户要求进行快速制造和定制化生产。且PEP工艺采用基于FDM材料挤出方式,无需高能量激光设备,即可实现金属/陶瓷产品的成型制造,具有低温成型,高温成性的特点,可以在确保产品性能的同时缩短生产周期和减少投入成本。在汽车制造工业领域具有广阔的应用前景和发展空间。


▲3D打印汽车金属结构件(来源:升华三维)


3D打印技术集信息技术、材料技术、控制技术和智能制造技术于一体,使得其可以更好地满足汽车行业的制造需求。在竞争激烈的汽车制造行业中,已经有越来越多的制造商采用3D打印技术用于大批量生产前低成本的测试产品和制造定制化的配件。虽然目前还未进入大规模生产环节,但已成为车企用于材料研发、样品认证和小批量零件生产等的重要技术手段。相信在未来,3D打印势必会给汽车制造行业带来重大突破,将促进汽车行业向更高层次发展发挥重要作用。


升华三维作为中国金属·陶瓷间接3D打印技术的引领者,一直致力于面向解决金属/陶瓷传统制造工艺无法制造的难题,积极贯通金属/陶瓷制造全链条、全流程、全配套的高价值服务。可为科研教育、航天航空、军事国防、汽车制造、生物医疗等应用领域,提供从材料开发制备、3D打印设备研发生产、脱脂烧结工艺到打印服务等一整套高性能间接3D打印整体解决方案。升华三维将持续深耕汽车制造应用领域,不断提高3D打印创新制造能力,发挥PEP技术优势,助力汽车制造生产向着定制化、轻量化和智能化的方向发展。

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