數(shù)字化流程使用DFM將3D打印與傳統(tǒng)機加工相結合,，助力汽車部件的快速制造

2022年11月23日,，南極熊獲悉,，西門子與機床制造商DMG MORI USA,、工具制造商Walter和TRAK Machine Tools合作,，展示了數(shù)字化在設計和工程工作流程中的強大功能,。

△西門子eRod 概念電動車,。（圖片來源：西門子）

這項合作基于西門子Xcelerator業(yè)務平臺，顯示了優(yōu)化作為制造業(yè)設計和工程的基本組成部分的潛力,，在為西門子eRod電動汽車設計和制造轉向節(jié)時,，結合新技術和傳統(tǒng)技術，減少浪費,，最大限度地利用資源,。

△NXCAM G-Code驅動的3D打印轉向節(jié)的模擬（圖片來源：西門子）

這次合作中展示的數(shù)字化流程集成了所有四家公司的技術，首先是西門子NX生成初始設計,。在這個案例中,，合作伙伴利用設計空間探索等集成生成工程工具，將電動汽車的操作參數(shù)用于優(yōu)化零件設計。

△安裝在eRod上的拓撲優(yōu)化轉向節(jié)組件的模擬（圖片來源：西門子）

在增材制造設計階段,，使用結構仿真和優(yōu)化對零件進行驗證,，以確保滿足性能要求，并針對可用于生產的制造工藝對零件進行優(yōu)化,。在這個項目中,，仿真驅動的設計確保用最少的材料創(chuàng)建零件，從而使轉向節(jié)的設計減輕了45%的重量,，并提高了零件對該部件通常經(jīng)歷的應力的彈性,。

在工藝規(guī)劃這個階段，合作伙伴采用Teamcenter和Opcenter軟件制定了全面的制造計劃,。這有助于制造商通過應用他們自己的標準數(shù)控編程,、檢測路徑方法、工具和程序模板實現(xiàn)編程自動化,。它還能確保在車間里對正確的修訂進行編程和測量,，為整個數(shù)字制造過程創(chuàng)造一個單一的數(shù)據(jù)源。

△在DMGMORI LASERTEC 30 DUAL SLM上3D打印轉向節(jié)（圖片來源：西門子）

在制造階段,，使用增材制造和傳統(tǒng)制造方法相結合的方式制造零件,，然后進行加工，以達到尺寸精度和公差,。西門子表示,，在這一階段使用軟件自動完成常規(guī)任務，使編程時間減少了60%,。該零件在NX CAM中使用五軸同步編程,、基于云的后處理和集成模擬，為增材制造和傳統(tǒng)的減材制造進行了準備和編程,。然后在DMG MORI LASERTEC 30 DUAL選擇性激光熔化（SLM）機上使用Ti6Al4V鈦粉進行生產,。最終的公差和表面處理是由DMG MORI的DMU 85 monoBLOCK五軸加工中心完成的，該中心配備了SINUMERIK840D sl數(shù)控系統(tǒng),，進行兩步加工,。該機床還配備了Walter設計的工具，用于精加工和切割操作,。

△在DMGMORI monoBLOCK 85上加工3D打印的轉向節(jié)（圖片來源：西門子）

鈦合金的增材制造過程,，除了在加工時常會遇到的挑戰(zhàn)外，還有許多其他的挑戰(zhàn),。雖然增材制造擅長制造復雜的部件,，但這些部件的加工很少是簡單的。3D打印所需的支撐結構往往比散裝材料更脆,，而且3D打印的結構往往具有標準工具難以達到的特征,。這些復雜的零件幾何形狀在加工過程中往往難以夾緊,，這意味著最大限度地減少振動對于降低損壞零件的風險至關重要。為了應對這些挑戰(zhàn),，Walter開發(fā)了一種使用組合工具的工藝,，以提供符合所有尺寸精度和表面光潔度要求的成品零件。在評估整個組件時,，設計團隊發(fā)現(xiàn),，某些組件仍然可以使用傳統(tǒng)工藝更有效地制造。具體來說,，主軸適合于數(shù)控車削,。為了實現(xiàn)這一改變，工程師們使用了Run MyVirtual Mach（數(shù)字孿生系統(tǒng)）將 TRAK MachineTools TC820si 車削中心添加到數(shù)字制造過程中,。主軸在SINUMERIK ONE控制器中通過ShopTurn對話式編程進行虛擬編程,，然后用TC820si的3D雙機進行驗證。

△輪節(jié)主軸非常適合傳統(tǒng)的車削操作（圖片來源：西門子）

為了閉環(huán),，質量控制和生產準備是通過使用NX CMM檢測編程軟件內的PMI（產品制造信息）采集和存儲的尺寸和公差數(shù)據(jù)驅動的自動CMM流程進行的,，以確保零件在預期的公差范圍內，并準備好進行裝配,。在最后的裝配過程中,，更傳統(tǒng)的主軸部件與新優(yōu)化的關節(jié)相連接，并安裝在西門子eRod上,。