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浅谈3D打印在汽车行业的应用

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3D打印技术,也被称为增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术,是一项起源于20世纪80年代集机械、计算机、数控和材料于一体的先进制造技术。该技术的基本原理是根据三维实体零件经切片处理获得的二维截面信息,以点、线或面作为基本单元进行逐层堆积制造,最终获得实体零件或原型。3D打印技术最早应用于各类原型的快速制造,故在早期也被称为快速原型技术(Rapid Prototyping,RP)。3D打印主要运用于:汽车行业、医疗行业、传统制造业、文物保护行业、建筑设计行业、配件饰品行业等等。下面,给大家介绍一下3D打印在汽车行业中的使用(以大众汽车为例):


一、桌面3D打印每年为大众葡萄牙工厂节省91%的开发成本


自2014年以来,大众葡萄牙工厂一直在使用3D打印机生产原型及装配用模具组件。2016年,3D打印为该工厂节省了16万欧元的开发成本,2017年这一数据达到32.5万欧元,成本降低比例达91%;与此同时,其开发时间也减少了95%,大大加快了产品上市速度。


然而他们使用的不过是几台桌面型的FDM打印机。在使用3D打印之前,大众用于汽车装配的夹具开发和生产全部由外部供应商提供,从第一个原型开发到最终定型,通常需要八个星期,而且中间会经常出现差错,延误交货较为普遍。2014年,葡萄牙工厂采购了7台Ultimaker FDM打印机进行工装夹具直接制造,将传统制造商完全甩开。现场制造的特点规避了很多不确定性,打印机的投资在两个月内快速回笼,并且制造成本大幅降低,也不再需要备件库存。更为关键的是,采用3D打印制造的夹具完全符合使用要求。


2016年,葡萄牙工厂3D打印了约1000个工装零件,已成为整个大众集团的最佳实践。目前该工厂93%的工装夹具采取内部按需制造,节省时间并极具成本优势。


二、3D打印帮助大众德国工厂加速汽车设计和创新步伐


大众汽车集团旗下的奥迪Ingolstadt工厂包含一个塑料3D打印中心,在汽车零部件原型设计方面具有显著特色。其借助Stratasys全彩3D打印机,使尾灯覆盖玻璃的原型设计交付时间缩短了50%,并保证了产品的最高质量、颜色和透明度的绝对真实,体现出3D打印在创新和加速汽车设计方面的优势。


在新车投入生产之前,未来车型将在预生产中心进行实际组装,进而对整车风格和设计的合理性进行各种测试,因此需要在车辆开发早期阶段(从轮毂盖、车门把手到格栅)制造车辆的所有部件。


传统上,车灯玻璃罩采用铸造和铣削来加工,单独的颜色部件必须进行组装,无法一件式生产,组装需要时间,这在一定程度上延长了交货时间并延迟了车辆的上市时间。而如今多材料、全彩色3D打印则可以实现零件一体式生产,无需考虑加工难度、着色及纹理问题,达到车辆开发设计和构思阶段要求的最高质量标准,这为奥迪汽车节省了高达50%的时间。


奥迪将多材料全彩色3D打印技术整合进多个设计流程,是大众汽车集团应用3D打印技术加快整车开发周期的典范。目前该中心拥有包括FDM和Polyjet技术在内的10台打印机,未来将会实现更大效益。


大众汽车由6000到8000个不同零件制造,此前3D打印仅用于单个零件或原型的特殊生产,短时间内制造整车是不可能的,但采用3D打印制造的零部件种类和尺寸却在明显增加,这显示出该技术正在发挥更大作用。


目前大众汽车3D打印批量应用集中在制造尾门字标、特殊齿轮旋钮或带有个性化标志的钥匙,旨在满足顾客的个性化需求但却无需付出太多成本。大众汽车同时也给出了实现3D打印批量应用的未来计划。


三、大众沃尔夫斯堡工厂开设新3D打印中心


12.11日,大众在沃尔夫斯堡的主要生产工厂开设了一个先进的3D打印中心,用以生产复杂零部件,旨在将增材制造应用提升到一个新的水平。大众集团期望,未来可以直接在生产线上使用3D打印机进行车辆生产,这突出了大众汽车采用3D打印的基本理念。新制造中心由规划和研究团队致力于开发新产品和新工艺,并开发具有显著结构要求的高性能功能部件,将3D打印在制造备件上升至直接应用。


大众集团采用3D打印技术的勃勃雄心,新技术为生产带来了便利、节省了时间、提高了效益,使得大众集团对3D打印更加有信心。3D打印的应用也逐渐从制造原型、辅助开发,走向备件生产和高性能功能件制造,如今更是向着大规模批量制造的方向迈进。大众汽车集团的一系列操作,使其有望成为汽车3D打印领域的全球领导者。




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