面向汽車應(yīng)用的金屬零件直接增材制造

來源： 高能束加工技術(shù)及應(yīng)用

Nanzhu Zhao等人在Journal of Manufacturing Systems期刊上發(fā)表名為Direct additive manufacturing of metal parts for automotive applications的文章。

增材制造為汽車行業(yè)提供了巨大機會，通過整合零件、定制材料屬性、實現(xiàn)多功能組件和簡化制造工藝來減輕車輛重量和提高車輛性能。然而直接制造汽車零部件的增材制造研究有限，部分原因是汽車的體積龐大。該研究探索了使用增材制造結(jié)合創(chuàng)成式設(shè)計方法直接制造金屬車輛部件的潛力，通過簡化制造和裝配工藝達到預(yù)期的零件強度和安全性能。結(jié)果表明金屬粉末的成本是限制增材制造在汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用的主要因素。

全文概述

增材制造廣泛應(yīng)用在汽車行業(yè)中，為汽車制造的新時代提供了縮短周轉(zhuǎn)時間、減少材料浪費、提高能源效率和簡化供應(yīng)鏈的方法。與創(chuàng)成式設(shè)計相結(jié)合，增材制造可以使汽車工程通過使用計算機模型和算法將傳統(tǒng)的設(shè)計-審查-精煉-迭代循環(huán)整合為單一過程，以實現(xiàn)設(shè)計目標和約束條件。增材制造大致可分為以下幾類：材料擠出、粉床熔融、粘結(jié)劑噴射、片材層壓、真空光聚合和定向能量沉積，這些技術(shù)各有優(yōu)勢和局限性。增材制造可以給汽車動力工業(yè)帶來新的改進，允許在短時間內(nèi)制造更輕和更復(fù)雜的產(chǎn)品，然而金屬增材制造在汽車行業(yè)的應(yīng)用主要集中在工裝、原型制造而不是最終使用的零部件，采用增材制造技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)汽車零部件仍然具有挑戰(zhàn)性。該研究探索了使用粘結(jié)劑噴射方法直接制造汽車金屬構(gòu)件的潛力，通過該方法和創(chuàng)成式設(shè)計，在大幅減重的同時簡化了制造和裝配工藝，提高了零件強度和安全性能，并基于兩種主流的增材制造系統(tǒng)進行了成本分析，揭示了金屬粉末成本是限制增材制造在汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用的主要因素之一。

圖1. 智能巡航控制雷達傳感器安裝支架的基線設(shè)計及加載條件

圖2. 拓撲優(yōu)化工作流程

圖3. 粘結(jié)劑噴射過程示意圖

圖4. 采用粘結(jié)劑噴射增材制造ICC雷達安裝支架的上下視圖

圖5. Desktop Metal P50 &系統(tǒng)生產(chǎn)成本分析

圖6. ExOne公司X160Pro &系統(tǒng)的生產(chǎn)成本分析

主要結(jié)論
該研究探索了使用增材制造技術(shù)直接制造車輛金屬部件的潛力，特別是結(jié)合生成設(shè)計的粘結(jié)劑噴射方法在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。金屬粉末的高成本仍然是金屬增材制造在大批量汽車制造應(yīng)用中更廣泛采用的限制因素。未來的研究將包括降低粉末成本和其他3D打印工藝的評估，包括選擇性激光熔化和直接能量沉積，以實現(xiàn)高性價比的金屬增材制造，用于最終使用的汽車零部件批量生產(chǎn)。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2023.04.008