淺談:3D打印技術(shù)在汽車零部件制造中的應(yīng)用
【編者按】由于汽車零部件產(chǎn)品的單價(jià)遠(yuǎn)低于軍工產(chǎn)品,成本較高和打印材料種類較少制約了3D打印技術(shù)在汽車零部件制造上的應(yīng)用肪虎,只有將3D打印技術(shù)的個(gè)性化劣砍、復(fù)雜化、高難度的特點(diǎn)與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)尿己荩化就肪、批量化、精細(xì)化相結(jié)合号蒙,與制造技術(shù)赊设、信息技術(shù)、材料技術(shù)相結(jié)合聊浊,才能不斷推動(dòng)3D打印技術(shù)在汽車零部件產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展薄好。
3D打印技術(shù)又稱為“快速成形技術(shù)”或“增材制造技術(shù)”短连,誕生于20世紀(jì)80年代末斩缘。主要是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出來的圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印設(shè)備根术,打印機(jī)內(nèi)裝有粉末狀金屬或塑料等可粘合材料泳隶,通過電腦控制將材料疊層添加構(gòu)造三維物體,最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物的數(shù)字化涮侥、智能化增材制造技術(shù)灭大。
2012年,美國(guó)《時(shí)代》周刊將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”铐维。英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志則認(rèn)為柬泽,3D打印技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一同成為引發(fā)第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵因素。
3D打印汽車零部件的優(yōu)越性
與傳統(tǒng)制造業(yè)的“減材制造技術(shù)”相比嫁蛇,3D打印技術(shù)的魅力主要在于锨并,3D打印技術(shù)可直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件,具有制造成本低睬棚、研制周期短第煮、生產(chǎn)效率高等明顯優(yōu)勢(shì)。3D打印已成為引領(lǐng)未來全球制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)鍵詞抑党。
與傳統(tǒng)研發(fā)手段相比包警,3D打印技術(shù)生產(chǎn)汽車零部件可快速成形撵摆,運(yùn)用快速成形技術(shù)在設(shè)計(jì)早期驗(yàn)證產(chǎn)品裝配可行性時(shí),能及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)差錯(cuò)害晦,縮短開發(fā)周期特铝,降低研發(fā)成本,快速驗(yàn)證關(guān)鍵壹瘟、復(fù)雜零部件或樣機(jī)的原理及可行性苟呐,例如缸蓋、同步器開發(fā)遥局,以及橡膠付箩、塑料類零件的單件生產(chǎn)。它無需金屬加工或任何模具莽烫,免去了模具開發(fā)瞭谴、鑄造、鍛造等繁雜工序汉渣,省去試制環(huán)節(jié)中大量的人員册压、設(shè)備投入。
據(jù)調(diào)查赶匣,目前國(guó)內(nèi)零部件模具開發(fā)周期一般在45天以上捕诲,而3D打印技術(shù)可以在沒有任何刀具、模具及工裝夾具的情況下卿怀,快速實(shí)現(xiàn)零件的單件生產(chǎn)卿裙。根據(jù)零件的復(fù)雜程度,需1~7天镣凯,與傳統(tǒng)鑄造或鍛造零部件相比外卷,3D打印技術(shù)具有絕對(duì)的高效率。
目前3D打印設(shè)備所使用的原材料并不局限于樹脂或工程塑料痹筛,金屬材質(zhì)同樣可以進(jìn)行3D打印莺治,快速成形。金屬材質(zhì)通過激光或電子束直接熔化金屬粉末帚稠,逐層堆積金屬谣旁,形成金屬直接成形技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在汽車零部件領(lǐng)域的應(yīng)用顯現(xiàn)了很大優(yōu)勢(shì):一方面滋早,可以直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬零部件榄审,免去了開發(fā)模具,再制造零部件的工序馆衔;另一方面瘟判,3D打印目前的技術(shù)水平可使金屬零部件的力學(xué)性能和精度達(dá)到鍛造件的性能指標(biāo),這樣也就保證了汽車零部件對(duì)于精度和強(qiáng)度的需求角溃。
目前拷获,國(guó)內(nèi)已有汽車零部件企業(yè)通過3D打印技術(shù)制作缸體篮撑、缸蓋、變速器齒輪等產(chǎn)品用于研發(fā)使用匆瓜。美國(guó)福特汽車公司已經(jīng)試圖大量運(yùn)用3D打印技術(shù)电伐,已知應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)的零部件包括福特C-MAX和福特福星混合動(dòng)力車?yán)锏霓D(zhuǎn)子、阻尼器外殼和變速器跪悼、福特翼虎復(fù)合動(dòng)力車使用EcoBoost四氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)和福特2011版探險(xiǎn)家的剎車片秆杰。日本的小巖公司已經(jīng)能使用3D打印機(jī)制造渦輪增壓器等。
3D打印技術(shù)對(duì)汽車及其零部件制造業(yè)的影響
在美國(guó)蚊来,3D打印技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于尖端武器制造蝠肤、航空航天等軍事領(lǐng)域。在我國(guó)3D打印技術(shù)已被全面應(yīng)用于殲-20隱形戰(zhàn)斗機(jī)和殲-31第五代戰(zhàn)斗機(jī)的研發(fā)中逢君,3D打印技術(shù)正在制造我國(guó)空軍發(fā)展的“中國(guó)速度”吝啰。
為推動(dòng)國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,促進(jìn)3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)的有機(jī)結(jié)合蒲妹,由亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合華中科技大學(xué)驻丁、北京航空航天大學(xué)和清華大學(xué)等權(quán)威科研機(jī)構(gòu)和3D行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)共同發(fā)起的中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2012年在北京成立。中國(guó)3D技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟是全球首家3D打印聯(lián)盟块透,為了拓展3D打印技術(shù)市場(chǎng)臊渴,該聯(lián)盟正在著手制定推廣計(jì)劃,他們計(jì)劃在三年時(shí)間內(nèi)巍碍,將中國(guó)打造成為全球最大的3D技術(shù)應(yīng)用國(guó)家尸诽。汽車及其零部件制造產(chǎn)業(yè)是3D打印技術(shù)的重點(diǎn)推廣領(lǐng)域。
〗坦荨(1)加快汽車更新?lián)Q代
由于3D打印技術(shù)集概念設(shè)計(jì)逊谋、技術(shù)驗(yàn)證與生產(chǎn)制造于一體,未來將會(huì)使更多的“概念汽車”夢(mèng)想成真土铺,并將極大縮小概念汽車從“概念”到“定形”的時(shí)間差,縮短汽車設(shè)計(jì)研發(fā)的周期板鬓,從而加快汽車更新?lián)Q代的周期悲敷。3D打印技術(shù)會(huì)使賽車的技術(shù)研發(fā)和性能改進(jìn)更加快捷,能將現(xiàn)代汽車制造技術(shù)發(fā)揮到極致俭令;3D打印技術(shù)同樣會(huì)使跑車后德、特種車輛的研發(fā)隨心所欲,將使汽車具備更多功能抄腔,以充分滿足人們的不同需求瓢湃。總之赫蛇,3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展將使個(gè)性化的定制產(chǎn)品成為主流绵患,在互聯(lián)網(wǎng)和搜索引擎的聯(lián)接下拔馆,社會(huì)需求將同社會(huì)制造無縫銜接,促成個(gè)性化图瘾、實(shí)時(shí)化勇剃、經(jīng)濟(jì)化的生產(chǎn)和消費(fèi)模式,對(duì)汽車制造業(yè)產(chǎn)生很大的影響赏晃。
『玫琛(2)簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)
3D打印將對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生“革命性”沖擊,其將取代模具施司、部件毫胎、半成品到成品等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的勞動(dòng)力衍周、設(shè)備投資赘湾、工人技能、生產(chǎn)型管理將變得不再重要尚染。由此可見律逼,3D打印將對(duì)我國(guó)勞動(dòng)密集型的汽車及其零配件產(chǎn)業(yè)帶來較大沖擊。
《翰瘛(3)便捷汽車維修
3D打印技術(shù)也會(huì)對(duì)汽車維修技術(shù)蛹头、維修方法和汽車備件庫存帶來影響。當(dāng)高檔轎車的貴重零部件如曲軸戏溺、缸體渣蜗、缸蓋出現(xiàn)磨損、裂紋等故障時(shí)旷祸,技術(shù)人員可使用3D打印機(jī)來修復(fù)耕拷,延長(zhǎng)關(guān)鍵零部件的使用壽命,降低維修成本托享,甚至直接把損毀的部件骚烧、緊缺的零件打印出來,減少備件庫存和備件資金占用闰围。當(dāng)大型赃绊、不易移動(dòng)的野外作業(yè)機(jī)械發(fā)生故障時(shí),可以攜帶3D打印機(jī)到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修羡榴。
當(dāng)前碧查,以3D打印技術(shù)為重要代表的第三次工業(yè)革命初現(xiàn)端倪,3D打印技術(shù)將生產(chǎn)制造從大型校仑、復(fù)雜舅尸、昂貴的傳統(tǒng)工業(yè)過程中分離出來,人類將以新的合作方式進(jìn)行生產(chǎn)制造捻仁,制造過程與管理模式將發(fā)生極大變革得鸳。因此遍考,3D打印在未來必將帶來一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命并深刻影響著汽車及其零部件產(chǎn)業(yè)。
3D打印汽車零部件存在的問題
雖然3D打印技術(shù)已成功地將傳統(tǒng)復(fù)雜的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單化席磕,將材料領(lǐng)域的疑難問題程序化铣滥,擁有諸多優(yōu)勢(shì),但就目前的發(fā)展來看照窥,如何擴(kuò)展3D打印技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問題肃萍。受技術(shù)裝備、新型材料羹李、設(shè)計(jì)軟件股航、質(zhì)量安全和公共環(huán)境等制約和影響,目前僅適用于少批量猖驹、小尺寸翠节、高精度、造型復(fù)雜的零部件和元器件的加工制造积仗,還難以代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)大規(guī)模疆拘、大批量的加工制造優(yōu)勢(shì)。
由于汽車零部件產(chǎn)品的單價(jià)遠(yuǎn)低于軍工產(chǎn)品寂曹,成本較高和打印材料種類較少制約了3D打印技術(shù)在汽車零部件制造上的應(yīng)用哎迄,目前僅用于新產(chǎn)品或關(guān)鍵零部件樣機(jī)原型原理、可行性方面的驗(yàn)證隆圆。在需要驗(yàn)證零部件強(qiáng)度漱挚、剛性等物理特性方面應(yīng)用不多,目前看渺氧,3D打印技術(shù)取代傳統(tǒng)鑄造旨涝、鍛造技術(shù)進(jìn)行汽車零部件的大批量、規(guī)穆卤常化生產(chǎn)還不太現(xiàn)實(shí)白华。只有將3D打印技術(shù)的個(gè)性化、復(fù)雜化秃踩、高難度的特點(diǎn)與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)某挠悖化、批量化酿萄、精細(xì)化相結(jié)合,與制造技術(shù)勘浇、信息技術(shù)争峭、材料技術(shù)相結(jié)合,才能不斷推動(dòng)3D打印技術(shù)在汽車零部件產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展劈咕。
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