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3D科學谷:透過鉑力特助力制造鈦合金輪轂,看3D打印優(yōu)勢

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)域方面的應用正在呈加速態(tài)勢,根據(jù)德國VDMA-德國機械設(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)域的應用持有樂觀預期。

? 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用。本期,3D科學谷結(jié)合鉑力特在汽車輪轂上的應用,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)。為了達到需要的精度,后續(xù)還需要CNC機加工來處理,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)于鋁合金的強度/重量指標以及耐腐蝕性,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的形狀難度也提高了。鍛造的鈦合金零件雖然通過后期機加工過程中,切削精度較好,但也需要進行大余量的機加工處理,機加工過程中產(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用提供了可能性。

并且,3D打印的方式成型復雜結(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準的性能測試實驗,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,減少了材料浪費和能源消耗,進而降低了產(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,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,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,恰好貼合目標輪轂的成形尺寸,成形幅面不冗余。

總體來看,當前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加工過程,并且3D打印可以成就復雜形狀的優(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)進一步實現(xiàn)輕量化。

 

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