從東風(fēng)汽車3D打印應(yīng)用看砂模3D打印在輕量化領(lǐng)域的應(yīng)用

2018年1月5日，東風(fēng)公司汽車輕量化鋁合金低壓鑄造研究中心四方合作共建簽約儀式，在湖北十堰的東風(fēng)汽車東風(fēng)汽車有限公司通用鑄鍛廠內(nèi)舉行。此舉旨在通過產(chǎn)學(xué)研共建，為新能源、動力總成、車身部件提供輕量化解決方案，并滿足客戶同步開發(fā)需求及輕量化“產(chǎn)品貨架”開發(fā)需求。

東風(fēng)汽車公司通用鑄鍛廠、湖北汽車工業(yè)學(xué)院、沈陽鑄造研究所、廣東峰華卓立科技有限公司4家單位簽署企校研四方戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。四方將利用各自優(yōu)勢，建立產(chǎn)學(xué)研全面合作關(guān)系，共建汽車輕量化鋁合金低壓鑄造研究中心，共同在汽車用鑄造鋁合金材料、鋁合金鑄件輕量化設(shè)計、鋁合金鑄造技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用等方面開展全方位合作。

該低壓鑄造研究中心致力于提供鋁合金輕量化解決方案，將具備“先期開發(fā)能力”、“先進(jìn)制造技術(shù)”、“精益制造能力”和“高效服務(wù)能力”四大核心能力，以及“建立汽車輕量化的技術(shù)貨架”，“提供差異化解決方案”，“構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、信息化、智能化的制造系統(tǒng)”，“形成具有關(guān)鍵技術(shù)、核心技術(shù)的鋁合金零部件”等六大功能。

據(jù)介紹，鑄造中心主要開展有色低壓鑄造業(yè)務(wù)，構(gòu)建鋁合金低壓鑄造產(chǎn)品全價值鏈開發(fā)核心能力，加強(qiáng)汽車新材料、新工藝、新技術(shù)的研究開發(fā)，促進(jìn)科研成果和生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，共同提升汽車輕量化技術(shù)制造水平。同時，提升東風(fēng)汽車公司通用鑄鍛廠的研發(fā)能力和輕量化低壓鑄造的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用能力。

據(jù)了解，2016年1月，通用鑄鍛廠在東風(fēng)裝備工業(yè)園成立殼體車間，在U401變速箱殼體項目帶動下，初步建成殼體鑄造、機(jī)加全工序生產(chǎn)能力，形成了東風(fēng)汽車公司低壓鑄造中心的雛形。未來，將全力構(gòu)建數(shù)字化智能制造示范線，包括生產(chǎn)自動化術(shù)、工業(yè)機(jī)器人（含物流機(jī)器人）、智能數(shù)字化測量和采集、智能識別、智能物流、信息化集成等。

通用鑄鍛廠黨委書記盧偉說，通過四方合作可以快速提升通用鑄鍛廠的研發(fā)能力和輕量化低壓鑄造的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用能力，為客戶提供產(chǎn)品的輕量化解決方案，這符合國家新能源和輕量化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，是通用鑄鍛廠實現(xiàn)有色鑄件小巨人目標(biāo)的一個重要環(huán)節(jié)。

通用鑄鍛廠廠長袁三紅說，汽車輕量化鋁合金鑄造研究中心將整合國內(nèi)輕量化產(chǎn)品先期開發(fā)資源平臺，再通過項目管理將優(yōu)勢資源進(jìn)行整合，以實現(xiàn)輕量化技術(shù)和產(chǎn)品的快速開發(fā)，這是該中心3—5年內(nèi)的核心作用。通用鑄鍛廠預(yù)計每年開發(fā)5個“技術(shù)貨架”供整車單元選用，為東風(fēng)的輕量化事業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的技術(shù)和服務(wù)。

據(jù)了解，下階段，后處理支架輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、電驅(qū)動框架和后處理支架輕量化快速試制等3個項目將在汽車輕量化鋁合金鑄造研究中心首批推進(jìn)。

以上來源：東風(fēng)集團(tuán)、蓋世汽車

從東風(fēng)汽車的布局上看到了兼顧新能源汽車布局的跡象，包括電驅(qū)動框架的快速試制準(zhǔn)備。因為電動汽車需要全新車身結(jié)構(gòu)，而決不僅僅是由電動驅(qū)動系統(tǒng)代替內(nèi)燃機(jī)。汽車的電動化要求對整個車身進(jìn)行大范圍的改進(jìn)，因為電動驅(qū)動組件對結(jié)構(gòu)空間有全新的要求。對于電動汽車而言，輕質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計意義重大。

電動車的市場正在迎來量變到質(zhì)量的飛躍，根據(jù)亞琛大學(xué)的預(yù)測，電動車的年產(chǎn)量2020年有望發(fā)展到410萬臺（約占4%的汽車市場），2025年達(dá)到2490萬臺（約占22%的汽車市場），2030年則達(dá)到5040萬臺（約占42%的汽車市場）。但是從2020年到2025年這5年來說，增量將是6倍。

雖然對于傳統(tǒng)汽車制造企業(yè)來說，在制造技術(shù)的引入方面，無法從一個山峰直接跳到另一個山峰，需要有一個下山的過程。然而，在3D科學(xué)谷看來，像東風(fēng)汽車輕量化鋁合金鑄造研究中心是一個很好的嘗試與過渡。關(guān)于鑄造在交通工具領(lǐng)域的輕量化應(yīng)用，一個現(xiàn)實的例子是歐特克位于 San Francisco的9號碼頭創(chuàng)新工廠嘗試通過3D打印熔模來鑄造鎂合金，從而實現(xiàn)飛機(jī)座椅的輕量化。這種座椅結(jié)構(gòu)件適合任何標(biāo)準(zhǔn)的商用噴氣式飛機(jī)，預(yù)計可以通過減重為航空公司節(jié)約數(shù)百萬美元的成本。

雖然，金屬3D打印在推動制造業(yè)跨越式發(fā)展，并能夠生產(chǎn)非常復(fù)雜的產(chǎn)品，但目前材料選項仍然有限。目前增材制造支持的材料只有幾十種，但鑄造可以在成千上萬種的金屬和復(fù)合材料中進(jìn)行選擇。因此，該項目利用了3D打印的技術(shù)優(yōu)勢，而不完全依賴于3D打印技術(shù)。

利用3D打印和鑄造，使兩種方法相互補(bǔ)充來生產(chǎn)飛機(jī)座椅骨架。鑄造提供了更實惠的方式生產(chǎn)座椅框架，不僅僅是單件成本更低，從生產(chǎn)效率看適合生產(chǎn)更大的數(shù)量。最終，飛機(jī)座椅骨架減重了56%，減重來自于創(chuàng)成式設(shè)計，以及輕量化鎂合金材料。如果以100架A380飛機(jī)服役20年來計算，航空公司將節(jié)省2億多美元的燃料費用。這好比8萬輛汽車一年減少的126000噸的二氧化碳排放量。

從這個邏輯出發(fā)，飛機(jī)上可以通過3D打印精密鑄造模具或者砂型模具的方式來獲得輕量化的結(jié)構(gòu)零件，那么汽車上同樣有著一定的應(yīng)用空間。而3D打印砂型鑄造模具方面，國內(nèi)品牌包括峰華卓立，寧夏共享，Raplas ,安徽恒利等等，國外品牌包括德國voxeljet-維捷，美國exone, 日本CMET等（排名不分先后）

來源：3D科學(xué)谷

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