如何在3D打印跑車零件的各個環(huán)節(jié)降低成？弗勞恩霍夫研究所給出了答案

導讀：汽車行業(yè)是采用增材制造的眾多行業(yè)之一,，目前已經(jīng)將這項技術用于各種形式的應用,。然而，到目前為止,，許多應用案例僅限于小批量,，因為3D打印還不能在保證零件成本足夠低的同時提供傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)技術的吞吐量。

2022年1月25日,，南極熊獲悉,，弗勞恩霍夫增材制造技術研究所（IAPT）通過重新設計一輛豪華跑車的車門鉸鏈，展示了3D打印如何為技術性能和制造成本帶來好處,。

在這個零件重新設計項目中,，IAPT的工程師們優(yōu)化了從車門鉸鏈的幾何形狀、構建方向和工藝參數(shù)等內(nèi)容,，最大限度地節(jié)約成本和重量,。

IAPT表示，項目的結果對汽車行業(yè)的批量生產(chǎn)是個好兆頭,，因為3D打印在汽車行業(yè)的日常運作中被越來越多地使用,。

△3D打印的車門鉸鏈，照片來自弗勞恩霍夫IAPT

簡化汽車生產(chǎn)

弗勞恩霍夫項目表明,，3D打印技術目前在汽車領域還沒有得到充分利用,，而更大批量的生產(chǎn)應用仍在醞釀之中。

目前,，3D打印技術在汽車領域的應用主要包括：

① 快速原型設計,，因為新車型的研發(fā)階段可能需要長達五年的時間。在研發(fā)過程中,，不可避免地要開發(fā)和測試幾個零件原型,，這意味著需要快速的設計迭代和最短的交貨時間：這是增材制造的主要賣點之一。

② 用3D打印制造工具,，如夾具,，以幫助生產(chǎn)和裝配工作流程。甚至還有可能應用于制造已經(jīng)過時的零件售后市場,。3D打印使零件供應商能夠按需打印,，完全消除了對零件庫存的需求。

就在上個月,，跑車制造商保時捷對3D打印機制造商INTAMSYS進行了戰(zhàn)略投資,，以探索更多可以在自身制造業(yè)務中部署3D打印的方式。保時捷表示，3D打印是未來數(shù)字制造技術的一個 "組成部分",，因此值得 "長期和持續(xù) "投入。

此外,，捷克汽車制造商斯柯達最近宣布,，他們一直在使用3D打印來加強自己的工作流程，將原型,、備件和工具的生產(chǎn)引入內(nèi)部,。目前，斯柯達已經(jīng)建立了3D打印農(nóng)場,，采用了由Prusa等公司開發(fā)的系統(tǒng),。

△斯柯達的打印農(nóng)場項目得到了捷克共和國工業(yè)聯(lián)合會的認可，圖片來自斯柯達

如何降低3D打印門鉸鏈的成本

在開始設計工作之前,，弗勞恩霍夫的工程師們使用3D Spark公司開發(fā)的部件篩選軟件,，確定一個適合示范研究的汽車部件。

在項目的早期階段,，團隊確定了零部件在構建室中的最經(jīng)濟的方向,。工程師們考慮到了必要的支持結構，以及他們可以在一次構建中容納的零件數(shù)量,。與不考慮這些因素的3D打印構建相比,，方向優(yōu)化步驟帶來了15%的成本節(jié)約。

接下來是鉸鏈臂本身的拓撲優(yōu)化,。通過減少不必要的材料,，只加強模擬力流所需的部分，工程師們能夠將鉸鏈臂的重量減少35%,。隨后的材料節(jié)省和更短的打印時間進一步節(jié)省了20%的成本,。

弗勞恩霍夫團隊還計算了與減少后處理（通過減少支撐結構）和為工作選擇最佳金屬粉末材料有關的額外成本節(jié)約：各為10%。

有趣的是,，該研究發(fā)現(xiàn),，即使是3D打印過程中使用的構建參數(shù)，也會帶來成本節(jié)約,。例如,，更厚的層、更快的掃描速度和激光束輪廓的變形都有助于縮短構建時間,，將打印成本再削減15%,。

最終，這種以成本為重點的設計方法使IAPT的工程師們能夠3D打印鉸鏈,，與沒有同樣優(yōu)化的3D打印對應物相比,，成本大幅降低80%。當與CNC銑削的對應產(chǎn)品相比，該項目分別節(jié)省了50%和35%的成本和重量,。