發(fā)布時間：2021年10月25日
3D打印正在為汽車制造帶來無窮的暢想空間，3D打印在汽車領(lǐng)域方面的應(yīng)用正在呈加速態(tài)勢，根據(jù)德國VDMA-德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會的調(diào)查，制造業(yè)對3D打印在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用持有樂觀預(yù)期。
? 資料來自VDMA
3D打印汽車輪轂是目前增材制造在汽車領(lǐng)域中的一項頗為引人注目的應(yīng)用。本期，3D科學(xué)谷結(jié)合鉑力特在汽車輪轂上的應(yīng)用，與谷友一起來洞察3D打印汽車輪轂的制造與商業(yè)邏輯。
無窮的暢想空間
輪轂是汽車上最重要的安全零件之一，包括鋼制輪轂、鋁制輪轂、鈦合金制輪轂等。輪轂承受著汽車和載物質(zhì)量作用的壓力，受到車輛在起動、制動時動態(tài)扭矩的作用，還承受汽車在行駛過程中轉(zhuǎn)彎、凹凸路面、路面障礙物沖擊等來自不同方向動態(tài)載荷產(chǎn)生的不規(guī)則交變受力。
輪轂的質(zhì)量和可靠性不但關(guān)系到車輛和車上人員物資的安全性，還影響到車輛在行駛中的平穩(wěn)性、操縱性、舒適性等性能，這就要求輪轂動平衡好、疲勞強(qiáng)度高、有好的剛度和彈性、尺寸和形狀精度高、質(zhì)量輕等。
#Q1 縮短制造工藝鏈
傳統(tǒng)上，制造汽車輪轂的工藝鏈復(fù)雜，根據(jù)鋁車輪質(zhì)量協(xié)會，國內(nèi)汽車鋁輪轂成形技術(shù)中，總產(chǎn)量的85％以上是采用低壓鑄造工藝生產(chǎn)，其余采用金屬型重力鑄造、擠壓鑄造和鍛造工藝技術(shù)生產(chǎn)。為了達(dá)到需要的精度，后續(xù)還需要CNC機(jī)加工來處理，新的技術(shù)是采用高精度CNC雙軸立式加工單元，無切削液的干式加工——刀具微潤滑空氣冷卻方式，加工順序是先鉆后車，以產(chǎn)品螺栓孔定位，車削轉(zhuǎn)速至少2500r/min，并將去冒口在鉆床上完成。
鈦合金具有明顯優(yōu)于鋁合金的強(qiáng)度/重量指標(biāo)以及耐腐蝕性，是車輪輪轂制造的理想材料，但采用傳統(tǒng)工藝制造鈦合金這種高成本材料是非常昂貴的，傳統(tǒng)的鈦合金零件制造主要依靠鑄造和鍛造。
其中鑄造鈦合金零件易于大尺寸制造，但重量較大則加工成精細(xì)的形狀難度也提高了。鍛造的鈦合金零件雖然通過后期機(jī)加工過程中，切削精度較好，但也需要進(jìn)行大余量的機(jī)加工處理，機(jī)加工過程中產(chǎn)生大量的廢料。3D打印實現(xiàn)輕量化設(shè)計以及在材料方面的節(jié)省，為該技術(shù)在制造鈦合金汽車輪轂中的應(yīng)用提供了可能性。
并且，3D打印的方式成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鈦合金輪轂，不僅縮短了工藝鏈，節(jié)省了材料，還可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化來大大提高整體強(qiáng)度。
那么鈦合金輪轂就具備了一定程度的通過3D打印來制造的邏輯，在邏輯具備的基礎(chǔ)上，對3D打印制造技術(shù)本身有什么樣的要求呢？
#Q1 減少40%重量
近日，由鉑力特提供技術(shù)支持和完成打印的輪輻，組裝成輪轂后通過國家標(biāo)準(zhǔn)的性能測試實驗，滿足上路的性能條件和要求，在不久后將會交付給第一批客戶裝車上路。
該輪轂的最終成形規(guī)格為20英寸，輪輞由碳纖維材質(zhì)制造，輪輻由鈦合金整體3D打印而成。單個輪轂重量為10kg，相比傳統(tǒng)輪轂重量減少40%。
? 鉑力特
該輪轂的輪輻由BLT-S600設(shè)備全幅面成形，四光全幅面室溫拉伸性能數(shù)據(jù)結(jié)果表明，輪轂性能整體均勻可靠，可滿足客戶性能要求。
交付輪輻實物三維掃描結(jié)果顯示，產(chǎn)品整體變形量控制在±0.5mm內(nèi)，滿足裝車使用需求。
在輪轂開發(fā)階段，鉑力特針對該個性化定制輪轂，進(jìn)行了多輪工藝方案迭代，在確保質(zhì)量前提下，后處理工作量減少300％。
? 鉑力特
最終的生產(chǎn)出的輪輻支撐少、易去除，減少了材料浪費(fèi)和能源消耗，進(jìn)而降低了產(chǎn)品成本。
質(zhì)量控制
Ascension design設(shè)計的輪轂由BLT-S600設(shè)備打印而成。BLT-S600是鉑力特針對圓筒型結(jié)構(gòu)特征零件推出的四激光金屬3D打印機(jī)，搭載了鉑力特研發(fā)的智能鋪粉、三維重建等智能模塊。
智能鋪粉功能可以識別98%以上的缺粉場景，減少不必要的停機(jī)，提升打印成功率。
三維重建功能可實時顯示打印效果，定位打印缺陷以及進(jìn)行后期的質(zhì)量回溯，提升效率，降低成本。
如果說通過3D打印來制造鈦合金輪轂的一大優(yōu)勢是節(jié)約鈦合金材料，那么打印過程中的質(zhì)量控制變得尤為重要，否則一旦生產(chǎn)的產(chǎn)品不合格，浪費(fèi)的將是鈦合金金屬粉末這樣的原材料。
適合整體成形的設(shè)備
不過3D打印汽車輪轂除了對工藝控制的要求高，由于輪轂的尺寸比較大，對3D打印設(shè)備的尺寸要求也比較高。
在鉑力特3D打印鈦合金輪轂的案例中，除了優(yōu)秀的性能和成熟的質(zhì)量保障手段之外，通過鉑力特的BLT-S600打印該輪轂的另一個重要原因是該設(shè)備的打印幅面為600mm×600mm，恰好貼合目標(biāo)輪轂的成形尺寸，成形幅面不冗余。
總體來看，當(dāng)前3D打印鈦合金汽車輪轂的優(yōu)勢在于免除昂貴的模具成本和模具制造過程，避免鑄造和鍛造過程，避免大余量金屬切除的機(jī)加工過程，并且3D打印可以成就復(fù)雜形狀的優(yōu)勢也在輪轂的制造過程中發(fā)揮了優(yōu)勢，通過優(yōu)化輪轂結(jié)構(gòu)進(jìn)一步實現(xiàn)輕量化。
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