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实现“量产+轻量化”,3D打印才能普及于汽车制造业

2019/07/25 09:31   |    阅读量:834   |    来自: 深圳国际增材制造技术展

【导语】 近些年,3D打印作为“工业4.0”技术革命的支持之一,被推到了市场的风口浪尖,应用于多个领域。尤其汽车制造行业,已然被视为3D打印技术的重点应用领域。 那么,3D打印在汽车制造行业发展到哪一步?影响其发展的关键点究竟是什么?

近日,美国一位物理学家为了满足儿子的愿望,运用3D打印技术给他打造了一台专属的兰博基尼!据悉这对父子用3D打印的技术打印了车身的面板、尾灯、前大灯,甚至用各种塑料打印了通风口,然而这辆车也不完全由3D打印的部件组成,汽车的引擎便是从2003年雪佛兰Corvette上面拆下了一个V8引擎,并给它升级成一对涡轮增压器。

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3D打印兰博尼基Aventador(图源网络)

 

近些年,3D打印作为“工业4.0”技术革命的支持之一,被推到了市场的风口浪尖,应用于多个领域。尤其汽车制造行业,已然被视为3D打印技术的重点应用领域。 那么,3D打印在汽车制造行业展到哪一步?影响其发展的关键点究竟是什么?


3D打印在汽车制造领域具有一定优势


3D打印是快速成型技术的一种,又称增材制造技术,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

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在汽车制造领域,3D打印技术使得部件生产过程无需机床,重复生产的增材工艺能产出更轻更好的零部件,直接安装在车辆上,可以大大缩短了开发时间生产成本。


它的优势在于:

  • 制作周期短、节约成本

  • 快速制造任何复杂结构

  • 个性化定制,精简工序

 

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目前可打印的部件包括:工具,夹具,固定装置,悬挂系统,悬架,驱动轴,电池组,汽车座椅,热交换器,底盘零件,轮胎模具,赛车冷凝器,排气管,发动机冷却套,定制化汽车零部件,汽车空调,进气系统,方向盘。

 

对汽车行业来说,不管是从设计到研发,还是从小批量试制大批量制造,相对现有的工艺都有着良好的应用可行性。主流汽车厂基本都在使用3D打印技术,例如:福特投资了4500万美元打造增材制造研发中心学习汽车生产,开始制造辅助插头和其他部件。大众在沃尔夫斯堡有其先进的3D打印中心,其主要生产设施用于生产复杂的汽车零部件。

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根据《全球3D打印汽车市场分析与发展趋势——2025年行业预测》,到2025年3D打印设备的应用将增长10%,其中大部分设备将被用于轿车、卡车零部件的制造。可见,3D打印在汽车制造领域的优势在于该项技术目前主要应用在制造汽车零部件上。


怎么进一步提高3D打印在汽车制造的普及?


目前来看,3D打印普遍应用于汽车制造领域中-零部件的生产环节。然而,由于制造成本高、产线技术限制等问题,导致3D打印在汽车制造的应用仍未十分普遍。那么,如何提高3D打印技术在传统汽车制造行业的应用程度——在于量产与轻量化


      量产


汽车产业密集型产业,最大的弱点是生产的设备为专业设计,这意味当有新款汽车投产的时候,则需要重新准备生产设备,这样的生产模式昂贵且不灵活;而3D打印则可以满足这种灵活性——只需要更改设计的数据,则可以打印出不同的组件,这令生产线上的设备成本大幅下降 

据美国3D打印汽车公司Divergent创始人凯文·欣格指出:一辆售价约为3.5万美元的汽车,通过3D打印技术生产,它的生产成本降低4000美元至5000美元,同时,生产商还可以随时决定调整或升级。

另外,打造一台3D打印技术为核心的整车流水线也是关键。

XEV公司新造车企业的发布会上展出可一台名叫 LSEV 的 3D 打印电动车,需要重点说明的是,这台车并不仅仅是一台 3D 打印模型车,而是一台可以真正实现量产的 3D 打印电动车。原因在于XEV 研发了一台以 3D 打印为核心的整车流水线和一套可以搭载 3D 打印技术的整车平台,这是 XEV 的真正价值、技术核心所在,让 3D 打印技术可以在整车量产过程中实现的关键点。

 

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EV公司“LSEV”纯电动原型车

目前来看,通过3D打印技术降低生产线成本整合3D打印技术为核心的整车流水线实现大规模的量产指日可待。


      轻量化


要实现轻量化,从宏观上面可以通过采用轻质材料,铝合金、镁合金、钛合金、陶瓷、塑料、玻璃纤维、复合材料等来达到目的。

2018年福特新款Ranger皮卡的3D打印注塑抬升装置、2017款Mustang敞篷车的3D打印车窗校准件、福特Escape SUV和Fusion轿车用3D打印配件抬升装置获得了塑料工程师协会颁发的汽车创新奖项,其中一个重要的原因就是3D打印车窗校准夹具则采用了有限差分法,其中35%的材质为短碳纤维增强聚酰胺,其重量轻了30%。

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福特曾展示的汽车大型零部件3D打印机

 

其次,更重要的一点是通过3D打印技术从结构设计的层面实现轻量化。使用3D打印技术,发动机零部件实现集成化制造,减少零件数量装配操作量,重量自然而然会减轻,以此带来的便是有效载荷和更低的燃料消耗。这方面典型的案例是GE通过3D打印实现了喷油嘴结构一体化,不仅改善了喷油嘴容易过热和积碳的问题,还将喷油嘴的使用寿命提高了5倍, 并且还能提高LEAP发动机的性能。

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3D打印汽车零部件

 

3D打印应用汽车轻量化获政策支持。根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》,未来主要分三个阶段实现汽车逐年减重

第一阶段为2016年至2020年,实现整车比2015年减重10;重点发展超高强度钢和先进高强度钢技术,实现高强度钢在汽车应用比例达到50以上。

第二阶段为2021年至2025年,实现整车比2015年减重20,车身采用钢铝等多种混合材料,增加镁合金和碳纤维零部件的应用比例,单车用铝量达到350kg。

第三阶段为2026年至2030年,实现整车比2015年减重35,重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术,实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用,单车用镁合金达到45kg,碳纤维使用量占车重5%。

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3D打印技术在汽车制造领域的量产轻量化上有着重要的应用价值,将极大推动汽车市场的发展,它所带来的结构一体化可以极大压缩供应链并降低组装成本,对于加速迭代、增加收益甚是显著。

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汽车结构一体化图

 

2020.3.30-4.2,SIMM 3D展将移师深圳国际会展中心(宝安新馆),并将持续关注3D打印在汽车制造行业的应用,并邀请更多对口观众企业参观交流,欢迎3D打印企业参与,共襄行业发展盛会!

欢迎添加3D打印小助手(微信号:13871565395,进入SIMM3D打印交流群。


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