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3D打印技术,能与百年前的流水线生产相提并论吗?

  伟大发明所能带来的影响,在当时那个年代都是难以预测的,1450年的印刷术如此,1750年的蒸汽机如此,1913年由福特汽车公司创始人亨利•福特发明的工业流水生产线也是如此。而今,3D打印技术将如何改变这个世界呢?

  3D打印技术,是指通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术,与传统的去除材料加工技术不同,因此又称为添加制造或增材制造技术,以前称为快速成型(简称RP)技术。

  作为一种综合性应用技术,3D打印结合了数字建模技术、精密机械、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的先进技术知识,具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备,它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统,主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。

  3D打印技术,主要是指增材成型技术;从工艺上来讲,3D打印技术突破了传统成型方法,它通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合,无需任何附加的传统模具制造和机械加工,就能够制造出各种形状复杂的原型,这使得产品的设计生产周期大大缩短,生产成本大幅下降。

  3D打印按照产出材料不同会有一些分类。对于汽车制造来说,会按照对产出材料的不同需求,选择不同的3D打印形式。

  对于产出零件为金属材质的,原材料多采用金属粉末或金属丝。基本原理都是通过“热源”熔化金属,在经过冷却凝固得到新形态的物体。这类3D打印按照热源的不同进行分类,通常的热源有-电子束、高能量激光束、热敏打印头。

  分类为电子束自由成形制造(EBF)、粉末层喷头3D打印(PP)、选择性激光烧结(SLS)、选择性热烧结(SHS)、选择性激光熔化成型(SLM)、直接金属激光烧结(DMLS)。

  产出零件为塑料材质的,原材料大多采用丝状,经过热熔喷头喷出,热熔喷头沿一定轨迹运动,从而制造出各种形状的零件。

  相比铸造金属,3D打印出来的零部件重量变轻,成本降低。更轻量的车身意味着更优的燃油经济性表现,更低廉的制造成本对应着更实惠的购车价格。

  目前汽车零件生产,很大一部分成本都用来制造模具,尤其是一些个性改装件和一些小众零件,为它们制造模具更是一件让车厂头疼的事儿。3D打印完全不需要考虑模具的问题,降低了产品开发费用。

  当然除了优势之外,还有一些问题有待解决......

  虽然3D打印是直接立体成型,结构越复杂越有优势,比如打印个镂空工艺品什么的。这一特点用在汽车上面自然也有用武之地,但是需要注意的是,汽车上的复杂结构不是工艺品,更多的是要考虑强度和耐久性。

  比如变速箱中的滑阀箱和行星齿轮,虽然3D打印都能照葫芦画瓢把这些东西照样子做出来,但是强度和耐久度都很难保证。

  除此之外汽车上面很多部件对于强度要求极高,还是只能依赖传统工艺制造。我们以转向节为例, 转向节利用衬套及螺栓与车身相连,通过法兰盘的制动器安装孔进行定位。在计算强度过程中需要考虑到车辆的震动,4G重力加速度,和两个螺栓安装孔中心的支反力等,这是无法用3D打印来完成的。至于那些造型复杂,但是对受力要求不高的部件,比如进气歧管等等,就可以尝试3D打印了。

  3D打印毕竟是材料融化后一层层的堆积上去的,喷嘴的精度决定了它的表面不可能做到光滑。打印完成之后,还需要通过打磨机床,对零件进行打磨处理。所以说,要想直接用3D打印做大尺寸零件,那表面粗糙度不是能忍受的。

  2015年,第一辆能够上路的3D打印汽车-Strati被“打印”出来,制造过程从头到尾只花费了44小时,它的车身覆盖件、引擎盖、底盘灯部件,均是由3D打印机打印出来的。

  这辆由美国亚利桑那州的local Motors公司创造的3D打印汽车,是一辆双门双座敞篷小车,名为Strati。它是一款电动车,后轮驱动。根据官方消息,它的最高速度为80Km/h,搭载了6.1kWh电池,续航里程大约为100Km。

  这样的参数对于日常使用来说都成问题。同时该车毫无储物空间,简直就是一个只能满足短途代步的四轮机器。

  同样是2015年,在旧金山举行的O’ReillySolid会议上,DivergentMicrofactories(DM)公司推出一辆基于3D打印部件的超级跑车。

  这辆车名叫“Blade”,这是一辆不折不扣的超级跑车,它能够在短短2.2秒内从0加速至60英里每小时(迈凯轮P1的这个数字是2.8秒)。它的重量只有1400磅,并且安装着一个4缸700马力的双燃料内燃机,可使用汽油或压缩天然气为燃料。

  这辆车的主要受力结构都是由3D打印来完成,D打印方法制造节点式汽车底盘,重量减轻了90%,强度却更高了,而且比使用传统技术制造的汽车更耐用。但是这辆车可以说是不计成本的,虽然在质量上达到了较高的水准,但是并不具备普及3D打印造车这项技术的能力。

  近日福特宣布,他们正在探索如何利用3D技术打印大型一体式汽车零部件,如汽车阻流板,并将其用于原型车制作和未来车辆制造。

  福特希望尽快将这项技术大规模应用在量产的乘用车上,由于量产车需要控制成本,所以福特前期主要利用该技术提高汽车的轻量化水平,和制造一些小批量的个性化配件。

  3D打印普及之后对新车的研发也会有很大帮助,比如新车的内饰在研发阶段一般会有很多种方案,单独开模具很浪费,3D打印技术这个时候就很恰到好处了,直接打一套,以后不再用也无所谓。

  1938年,哈利厄尔开始启用的油泥模型也会因为有了3D打印技术而退出历史的舞台。

  1913年,福特T型车上市后,美国民众立即被它低廉的售价所吸引,源源不断的订单让亨利·福特喜出望外,采用流水线生产方式后,福特T型车售价从1910年的780美元降低到360美元,低廉的售价给福特带来了惊人的销量。

  我们大胆猜测,在不久的将来,福特像当年一样率先普及3D打印技术造车,那么汽车对于人们甚至会成为快消品。甚至会出现价格便宜,寿命只有一年的快餐式汽车?或许3D打印技术会像当年的流水线一样,给汽车制造业带来新的变革。

  【版权声明】本文为汽车头条原创文章,转载请注明出处及作者,请勿抄袭或改写

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