3D打印促进汽车行业加速“变身”

来源:百家号    关键词:3D打印, 汽车行业, 激光技术,    发布时间:2018-08-23

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 2017年6月23日,《变形金刚5:最后的骑士》正式登陆全国各个大院线。虽然该部影片的口碑不尽如人意,但其巨大的影响力仍不容小觑。从20世纪80年代风靡的动画版《变形金刚》到如今的《变形金刚》系列科幻巨作,“汽车人”已成功激发了三代人对于未来汽车的想象。

值得欣慰的是,想象未曾停歇,科学创新亦没有止步。尤其是近年来,我国居民消费能力不断提升,汽车产销量也逐年上涨,汽车生产制造行业进入了快速发展时期。整个汽车行业的生产制造流程不断优化,外观设计及整体性能都在不断提升。而3D打印技术的采用,更是为现代化汽车生产模式的建立提供了关键的技术支撑。

例如奥迪利用Stratasys的J750 3D打印机进行尾灯原型设计,加速验证过程,将原型制造时间缩短了50%。较之传统制造模式下的“减材制造技术”,3D打印的优势在于其无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。

今天,小编为大家精选了几则3D打印在汽车行业中的应用案例,快来看一下吧!

案例一:Solaxis利用Stratasys 3D打印机大显身手

Solaxis是北美地区一家专业的汽车配件供应商,采用3D打印技术制作汽车装配夹具,减轻了重量并提高了精度,可谓一举两得。

轻松组装

汽车装配零部件的传统夹具往往存在两大缺点:难以维护;金属材质,重达150磅,不易挪动。然而,正如Solaxis Ingenious Manufacturing的工程师们所示,夹具其实完全可以摆脱这些缺点。

借助Stratasys Fortus 3D打印机系列,Solaxis为汽车供应商设计并制造了一款夹具,用于组装大批量塑料门封条。在对该夹具研发了数次迭代之后,Solaxis不仅能够生产出较传统夹具轻100磅以上的3D打印夹具,而且设计和制造时间还比传统工艺缩短了至少三分之二。

随需迭代

Solaxis设计工程师对门封条装配夹具进行不断优化,过去的几年里至少产生了十几次迭代。对其汽车客户而言,通过CAD软件快速完成设计并利用Fortus 3D打印机系列进行快速打印的制造模式非常新颖。

Francois Guilbault补充道:“我们可以对设计进行自由修改,而无需再回过头来对客户说‘模具必须重新制作’。”

这种敏捷性增加了设计灵活度,使Solaxis工程师能够集多种微小调整于一身,包括按钮与手柄的布局、滑槽的添加以及其他符合人体工程学的改进。这也使Solaxis能够对现有内部硬件进行集成,倘若交换机或线路断开,客户则可以快速更换,因此,设计中的部件数量得以大幅减少。

Guilbault表示,工程师可以在8~20个小时内完成CAD迭代,具体时间取决于部件的复杂程度。Solaxis能够与其客户的工程师共享文件,进而快速确认设计并在数日内生产出新夹具。与利用数控机床所生产的夹具不同,Fortus 3D打印机可在任何时间段均可进行生产,整个生产过程无需人工监督。

对客户而言,产生的效益非常明显。Guilbault表示:“我们成功地将整个设计与制造周期从传统制造模式下的16~20周压缩至3~5周。”

高效率,低成本

Solaxis夹具的尺寸是34英寸x 22英寸,重量仅为28磅,足够轻便,任何人都能挪动。如今,每个操作员都希望其工作台上配备了这样的夹具。

另外,通过使用Solaxis夹具,工人每个周期可平均节省4秒的时间。一般而言,组装密封条的员工每年可进行250,000个周期,因此,供应商节省了数百小时的劳动时间。

Guilbault表示:“单凭周期的时间增益就足以证明3D打印夹具的价值所在。所以,他们的投资回报率在短短12个月内就实现了。”

合规性验证

在与Solaxis合作之前,客户经常遇到合规性问题。交付给原始设备制造商(OEM)的夹具经常被退回,不仅检修时间冗长,而且检修成本高昂。

Stratasys 3D打印技术使Solaxis能够不断地改进夹具,节省了客户的生产时间与成本。反过来,汽车供应商也大大提高了向其OEM客户提供门密封条的可靠性。过去两年内,未出现任何合规性问题,这也就意味着Solaxis的获利也大幅提升。

案例二: 美国专业赛车队Team Penske携手Stratasys将3D打印引入赛车界

Stratasys通过其3D打印技术为Team Penske制造工具、赛车零件和工程原型,并提供有关定制化赛车运动应用和材料工程方面的技术支持。

付出就会有回报

在赛车界,Team Penske是胜利的代名词,其传奇历程源自于创始人Roger Penske的卓越领导力与众成员对于胜利的不懈追求。迄今为止,该车队赢得了440多场主要赛事的胜利和500次杆位(首发),并在29场国家锦标赛(其中涵盖开轮式、汽车和赛车项目)中获得了优异成绩,这更是凸显了其追求卓越的高贵品质。但对于Team Penske而言,要立于不败之地,就必须不断地打破现状,挑战未来,而技术正是实现这一目标的基石。

走在科技最前沿

Team Penske总裁Tim Cindric表示:“在当今的比赛中,技术扮演着重要角色。” Cindric认为,赛道不是技术的发源地,而是技术的展示台。Team Penske已经完全采用的一项技术就是“增材制造”技术。而Stratasys 3D打印解决方案加速了Team Penske将创意向现实的转化。

Cindric补充道:“这项技术使我们得以用最少的时间来产生创意,并以最可靠且最有效的方式将它实现。它赋予了我们更多创意上的可能性。”这一点完全能够理解,因为对于Team Penske而言,增材制造解决方案涵盖了很多领域。

Team Penske生产经理Matt Gimbel表示:“我们于21世纪初首次开始使用3D打印,当时主要用它来支持风洞模型项目。之后,就将它用于制作治具和夹具,以及我们复合材料部门的冲刷模具和赛车零部件等。”

增材制造最大的一个价值,就是能够通过打印和调整设计的方法来快速验证创意的可行性。Team Penske复合材料工程师Andrew Miller表示:“我们正在尽可能快地实现汽车升级。3D打印组件使我们可以快速进行多次迭代,并且节省了大量时间。”

Matt Gimbel补充道:“如果我们不能加快实现进度,那么就有可能输给其他车队。3D打印使我们能够将这些创意转化为那些可能无法用其他任何制造方法生产的零件。”

除了速度以外,FDM和PolyJet附加解决方案均还提供了所需的精确度及可靠性。Andrew Miller表示:“生产组件时,我们对这些设计及其将实现的功能充满信心,这也使得我们能够更快地将其落实到比赛现场。”

从工装到生产零件

IndyCar燃料探头手柄的重新设计就是一个很好的例子。这种探头手柄以前都由铝制的,非常笨重,不易使用,而且外形方面不具吸引力。Team Penske构思了一种更轻巧、更符合人体工程学的流线型设计。然而,距离Indy500大赛只剩几天的时间,根本不可能通过采用传统制造方法来实现。相反,依靠3D打印的组合模具和自牺牲模板,再加上Stratasys的通力合作,Team Penske及时为比赛产生出了六个全新的探头手柄。Miller表示:“我们所有组件的生产都没有出现任何故障或任何问题,这对我们的制造过程来说是一项重大壮举。”

考虑到3D打印的使用范围,精准定位其最大价值对Team Penske而言极具挑战性。Matt Gimbel认为,3D打印的最大价值在于能够使用由3D打印机直接为其赛车制作零件,他以一种为驾驶员提供新鲜空气的一氧化碳过滤器的开发为例:“新设计最初是打算由碳纤维来制造的,但我们把这些部件打印出来并做了测试之后才意识到,那不仅是一个伟大的设计,而且零件制造的材料非常好,完全适用于赛车。”

尽管增材制造对Team Penske而言不算什么新技术,但Gimbel认为他们只不过才触碰到了3D打印的冰山一角。Gimbel 说:“未来,3D打印在赛车行业里还有很长的一段路要走,而且它适用范围极广。我认为,目前还没有人能够真正知晓3D打印的全部潜力。

最后,Tim Cindric总结道:“通常情况下,我们的所有竞争对手最终都会在相同的时间点采取相同的解决方案。但我们需要采取下一代解决方案,而Stratasys帮助我们更快地找到了下一代解决方案。”

尼龙12碳纤维显神威

在赛车快速迭代与最终零部件制造中,Team Penske采用的Stratasys 3D打印技术就包括尼龙12碳纤维材料3D打印,在制造IndyCar 和 NASCAR两款赛车时都应用了Stratasys的尼龙12碳纤维材料3D打印技术。

Team Penske为其NASCAR赛车制造了尼龙12碳纤维3D打印后视镜外壳。该外壳不仅具有高抗冲击性和高刚度,并且重量轻盈。这种碳纤维增强尼龙材料的刚度在制造薄壁零部件时有着特有优势,用它们制造的零部件在空气动力载荷下不会弯曲变形。