3D打印突破传统汽车制造局限

  增材制造（3D打印）技术的出现，成为了多个产业迈入转型的关键推手。以汽车制造为例，一方面，传统大批量、单一品种的生产制造正在慢慢地向更柔性、更短开发周期的方向靠...

  增材制造（3D打印）技术的出现，成为了多个产业迈入转型的关键推手。以汽车制造为例，一方面，传统大批量、单一品种的生产制造正在慢慢地向更柔性、更短开发周期的方向靠近，另一方面，面向高性能组件、“环保”驱动系统的加工也因此能够轻松驾驭。

  在过去，以激光光源为核心的3D打印工艺曾为福特汽车（Ford）制造出很棒的零件，但支撑架构（以及一定要通过后续步骤来去除这些架构）亦给他们带来了很大挑战，生产效率也不尽如人意。

  不过，粘结剂喷射3D打印却为福特F150皮卡零部件的量产带来福音，其成功之道在于铝合金以及激光粉末床熔融（LPBF）的完美配合——粘结剂喷射生产的可重复性以及应用烧结3D打印技术处理颇具挑战性的铝材6061。这也是福特公司与粘结剂喷射技术供应商ExOne公司的工程师及材料科学家共同合作所取得的突破。

  在过去，采用粘合剂喷射铝材是一项不可能的任务，但福特和金属3D打印机全球领导者ExOne公司已率先成功实现了粘合剂喷射烧结铝材6061。之前ExOne公司就在其材料路线图中部署了铝材开发项目，后来公司与福特达成一致意见，重新绘制路线图，以加快这种材料的研发。

  据介绍，整个研发持续了约一年半的时间。在此期间，福特组织了一个全力专注此项目的团队。这项技术的研发是远超3D打印范围的，因为粘合剂喷射成功后还有必要进行后处理步骤。固化和烧结是决定零部件最终性能的关键工序。

  “这就是我们目前看到的一项堪称行业里程碑的技术成果——全世界首次通过粘结剂喷射铝合金进行3D打印量产。截至目前，应用此技术量产的首个零部件仍在开发中。”福特汽车公司增材制造技术负责人Harold Sears如是说，“高速的3D打印铝材技术为我们现在刚开始关注的其他商业领域铺平了道路，因为我们大家可以制造复杂的铝件了。这在以前是不可能的，它必将带来其他商机。”

  ExOne公司首席执行官John Hartner随后表示：“利用传统材料性能，开发一种快速、经济、简便的3D打印铝材工艺，是实现更多产品轻量化以及实现更可持续未来的关键一步。”

  可以预见，增材制造某款零部件的试制阶段已逝去，其现在正迈向量产阶段。在这样的趋势影响下，整车制造商们与装备制造商、材料以及工艺供应商的深入合作有待获得更进一步的联合。面向更环保的发动机，开设增材制造中心

  汽车制造中尝试增材制造在近些年尤为盛行，汽车零部件供应商公司（Mahle GmbH）就在2020年与保时捷（Porsche）、通快（TRUMPF）合作开展了一个项目，从而在增材制造领域声名鹊起。该项目使用激光金属熔融技术（LMD）为保时捷911 GT2 RS高性能跑车生产铝合金活塞。

  据介绍，使用衍生式设计工艺开发了这种活塞，使用与传统工艺相同的专用铝合金材料，制造出的活塞比传统铸造工艺制成的活塞减重约20%。保时捷在911 GT2 TS赛车的引擎上安装了6个活塞，并让它运行了200个小时，其中135小时处于满负荷状态。

  显然，测试结果令人满意，正如保时捷项目经理Frank Ickinger所说，“从技术角度来说，这为我们开启了新篇章，为设计和生产找到了新的可能性。”

  需要说明的是，尽管在保时捷活塞应用上取得了成功，但的工作重点并不是该公司的发动机系统和零部件运营，而是热管理、机电一体化和电子技术。这在他们随后开设的增材制造中心设立的目标上相一致——该增材制造中心在位于德国斯图加特的总部，厂房占地面积约500平方米，目前有一台SLM Solutions 280，其工作行程为280×280×365 mm。材料方面，工厂正在使用的是V2A和V4A钢以及铝合金。在人员配套方面，来自各个部门的专家团队，特别是模拟和材料专家将陆续进驻。据悉，该增材制造中心将支持热管理、机电一体化和电子技术的发展，以生产“更环保的发动机”。

  公司董事会主席兼首席财务官Michael Frick表示，“对于汽车制造业而言，新系统和新部件的开发速度必须比几年前快得多，尤其是在涉及二氧化碳减排和驱动系统的解决方案时。有了新的3D打印中心，再一次加快了在战略领域的步伐——例如在电动汽车领域。”

  目前，新中心正在开发流程，使3D打印这项技术能够基于汽车行业的严格标准做工业系列生产。这为产品研究开发和制造带来了全新的可能性，因为这些工艺能够适用于生产传统工艺无法制造的高性能组件。