間接3D打印智造——汽車輕量化下的高價值增材制造解決方案

來源：升華三維

隨著碳排放標準日益趨嚴,，汽車輕量化已成為了全球汽車工業(yè)的一致目標,。根據(jù)歐洲汽車工業(yè)協(xié)會的研究,，汽車質(zhì)量每下降 100公斤，百公里油耗可下降0.4L,，碳排放大約可以減少1公斤。而近些年,，伴隨新能源汽車的迅速發(fā)展和普及,，新能源汽車的研發(fā)對輕量化也愈發(fā)重視。據(jù)悉,，新能源汽車每減重10%,續(xù)航里程可提升5%-6%,，因此輕量化也是新能源汽車節(jié)能、降耗,、增加續(xù)航里程的重要技術(shù)路徑之一,。

▲汽車輕量化的優(yōu)勢

節(jié)能減排一直都是汽車行業(yè)非常重視的問題。而對于車身的輕量化也一直是車廠研發(fā)的重要工作,，幾公斤都會影響汽車性能的表現(xiàn),。但受限于傳統(tǒng)制造技術(shù)，一些創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)和材料存在“設(shè)計得出卻造不出”的問題,，增材制造（3D打�,。┘夹g(shù)卻可直接從計算機模型數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)制造難以生產(chǎn)的零件,。而且隨著3D打印技術(shù)的不斷突破,，汽車制造領(lǐng)域已經(jīng)越來越多采用3D打印技術(shù)進行汽車輕量化零部件研制測試,。

▲3D打印設(shè)計制造的汽車輕量化結(jié)構(gòu)件（來源：升華三維）

如今，輕量化技術(shù)已成為汽車制造行業(yè)重要發(fā)展方向,，汽車零部件除了可以采用更多的輕量化材料,，如碳纖維、鋁合金,、鎂合金等,，以降低汽車重量，提高燃油經(jīng)濟性和續(xù)航能力,。還可以通過結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化,、形狀優(yōu)化、拓撲優(yōu)化等方面,，在滿足設(shè)計性能的前提下實現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計,，盡可能使汽車零部件材料在空間合理分布，從而獲得更輕的結(jié)構(gòu)零件,。但對于汽車結(jié)構(gòu)件制造來說,，更多的是不規(guī)則的幾何形狀，傳統(tǒng)車削加工均無法實現(xiàn),。而3D打印技術(shù)的無模復雜結(jié)構(gòu)成型和材料層層疊加的特性,，卻能夠?qū)崿F(xiàn)高度的定制化和柔性化生產(chǎn)，同時還能減少生產(chǎn)過程中的浪費和成本,。

▲拓撲優(yōu)化的輕量化電氣發(fā)動機支架樣品（來源：升華三維）

PEP為汽車輕量化提供了新的技術(shù)路徑

粉末擠出打印技術(shù)（PEP）是由升華三維推出的一種將“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù),。該技術(shù)使用粘結(jié)劑與金屬/陶瓷粉末混煉造粒成顆粒材料，通過3D打印機系統(tǒng)加熱成熔融膏狀,，再擠壓并逐層堆積成型,，打印出結(jié)構(gòu)件生坯。然后再結(jié)合粉末冶金的脫脂燒結(jié)等工藝進行后處理,，獲得最終的高性能部件,，從而獲得滿足實際應(yīng)用需求的結(jié)構(gòu)件。PEP技術(shù)廣泛適用于粉末冶金工藝的金屬和陶瓷材料,，能夠制造出復雜結(jié)構(gòu),、輕量化設(shè)計、一體化成型的結(jié)構(gòu)零件,。

▲粉末擠出打印技術(shù)（PEP）

PEP技術(shù)可應(yīng)用于制造汽車輕量化零部件,，如發(fā)動機缸體、傳動系統(tǒng)零部件,、底盤和車身結(jié)構(gòu)等,。如在晶格結(jié)構(gòu)填充設(shè)計汽車金屬零件3D打印案例中：設(shè)計工程師采用升華三維UPrise3D切片軟件填充設(shè)置功能，對零件模型指定區(qū)域進行獨特的晶格設(shè)計。通過PEP工藝實現(xiàn)復雜模型的打印成型和脫脂燒結(jié),，在不犧牲零件結(jié)構(gòu)剛性和完整性的情況下,，實現(xiàn)了輕量化的設(shè)計和制造，有效改進了其強度重量比,，且節(jié)省了使用材料成本和廢料的產(chǎn)生,，為汽車制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要求提供了一種新的技術(shù)路徑。

升華三維向汽車制造業(yè)提供高價值間接3D打印方案

目前,，增材制造技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車零部件制造領(lǐng)域,。除了輕量化零部件的制造,，PEP技術(shù)還可以用于汽車的快速原型制造、修復和改裝等領(lǐng)域，如發(fā)動機部件,、制動系統(tǒng),、懸掛系統(tǒng),、底盤部件,、輪轂等。汽車制造商可以通過PEP技術(shù)更加自由地設(shè)計和制造零部件,，提高產(chǎn)品性能和創(chuàng)新水平,，同時也可以根據(jù)市場需求和客戶要求進行快速制造和定制化生產(chǎn)。且PEP工藝采用基于FDM材料擠出方式,，無需高能量激光設(shè)備,，即可實現(xiàn)金屬/陶瓷產(chǎn)品的成型制造，具有低溫成型,，高溫成性的特點,，可以在確保產(chǎn)品性能的同時縮短生產(chǎn)周期和減少投入成本。在汽車制造工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間,。

▲3D打印汽車金屬結(jié)構(gòu)件（來源：升華三維）

3D打印技術(shù)集信息技術(shù),、材料技術(shù)、控制技術(shù)和智能制造技術(shù)于一體,，使得其可以更好地滿足汽車行業(yè)的制造需求,。在競爭激烈的汽車制造行業(yè)中,，已經(jīng)有越來越多的制造商采用3D打印技術(shù)用于大批量生產(chǎn)前低成本的測試產(chǎn)品和制造定制化的配件,。雖然目前還未進入大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)節(jié)，但已成為車企用于材料研發(fā),、樣品認證和小批量零件生產(chǎn)等的重要技術(shù)手段,。相信在未來，3D打印勢必會給汽車制造行業(yè)帶來重大突破,，將促進汽車行業(yè)向更高層次發(fā)展發(fā)揮重要作用,。

▲3D打印設(shè)計制造的汽車輕量化結(jié)構(gòu)件（來源：升華三維）

升華三維一直致力于面向解決金屬/陶瓷傳統(tǒng)制造工藝無法制造的難題，積極貫通金屬/陶瓷制造全鏈條、全流程,、全配套的高價值服務(wù),。可為科研教育,、航天航空,、軍事國防、汽車制造,、生物醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域,，提供從材料開發(fā)制備、3D打印設(shè)備研發(fā)生產(chǎn),、脫脂燒結(jié)工藝到打印服務(wù)等一整套高性能間接3D打印整體解決方案,。升華三維將持續(xù)深耕汽車制造應(yīng)用領(lǐng)域，不斷提高3D打印創(chuàng)新制造能力,，發(fā)揮PEP技術(shù)優(yōu)勢,，助力汽車制造生產(chǎn)向著定制化、輕量化和智能化的方向發(fā)展,。