速度激情下的挑戰(zhàn)，3D打印汽車制造前景一片光明

2022年10月，SmarTech Publishing 發(fā)布的一項研究表明，預計汽車市場僅通過3D打印成品零件就可產(chǎn)生90億美元的收入，比2019年增長8倍。增材制造行業(yè)正在飛速發(fā)展，汽車制造商幾乎在所有流程中都采用了3D技術。


▲數(shù)據(jù)來源SmarTech Publishing

對于汽車市場而言，特別是高級跑車或賽車，性能高于一切，比如輕量化設計可以減輕車輛重量等，從而增加可用功率，降低能耗，實現(xiàn)對未來汽車至關重要的減排目標。



▲賽車模型（來源3DExport）

通過增材制造和拓撲優(yōu)化的結合，憑借3D打印在定制和輕量化上的優(yōu)勢，其在汽車改裝及生產(chǎn)制造領域的發(fā)展已初現(xiàn)趨勢。金屬3D打印技術已被運用到定制輪轂，高性能冷凝器和剎車卡鉗，輕量化支架結構件等；亦有很多國際汽車生產(chǎn)商如奔馳、寶馬、奧迪、豐田等已經(jīng)在汽車的研發(fā)階段大量使用3D打印技術。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，3D打印在汽車行業(yè)的應用，占整個應用行業(yè)的30%以上。特別是在賽車應用中非常廣泛，像NASCAR和一級方程式賽車一直在采用3D打印技術。



▲各種汽車剎車盤

— 碳化硅陶瓷的優(yōu)勢 —

而對于汽車機動設備與車輛最主要的安全部件之一的剎車制動部件而言，汽車剎車系統(tǒng)的優(yōu)劣，直接決定著汽車駕乘人員的安全系數(shù)，提高安全性能、減少環(huán)境污染和噪音污染、 延長使用壽命是剎車系統(tǒng)制造和應用材料發(fā)展的大趨勢。

使用碳化硅材料制成的剎車盤具有重量輕，耐高溫的特點。碳化硅材料制成的剎車盤重量只有普通鑄鐵盤的一半不到，更輕的剎車盤就意味著懸掛下重量的減輕。這令懸掛系統(tǒng)的反應更快，因而能夠提升車輛整體的操控水平。另外，普通的剎車碟容易在全力制動下因高熱產(chǎn)生熱衰退，而碳化硅陶瓷剎車盤能有效而穩(wěn)定的抵抗熱衰退，其耐熱效果比普通剎車盤高出許多倍。



▲汽車剎車盤

碳化硅材料剎車盤在制動最初階段就立刻能產(chǎn)生最大的剎車力，因此甚至無需剎車輔助增加系統(tǒng)，而整體制動比傳統(tǒng)剎車系統(tǒng)更快、距離更短、為了抵抗高熱，在制動活塞與剎車襯塊之間有碳化硅陶瓷來隔熱，并且碳化硅剎車盤有非凡的耐用性。

— PEP工藝，突破碳化硅陶瓷制備挑戰(zhàn) —

相較于傳統(tǒng)機加工和鉆孔方式生產(chǎn)的剎車盤，3D打印能成型更復雜的零件結構，且生產(chǎn)周期短，能實現(xiàn)快速交付，大大提升研發(fā)團隊的產(chǎn)品開發(fā)效率。結合碳化硅等材料使用，能滿足系統(tǒng)高性能和車身輕量化要求，有利于汽車的操控水平和節(jié)能環(huán)保。


碳化硅陶瓷的制備一直是特種陶瓷3D打印技術進一步拓展的挑戰(zhàn)之一，因為碳化硅陶瓷材料在成型過程中會出現(xiàn)缺陷，比如氣孔、裂紋、不均一性等，成型陶瓷器件難以抵抗脆性斷裂，極大地限制了其機械性能。


▲3D打印碳化硅剎車盤

升華三維陶瓷·金屬3D打印設備采用獨特的獨立雙噴嘴設計，可實現(xiàn)陶瓷、金屬、陶瓷/金屬基復合材料的開發(fā)和復雜結構的成形。具有操作簡單、工業(yè)型、高精度、高質(zhì)量、高性價比等優(yōu)點。通過優(yōu)化結構設計，并結合升華三維獨創(chuàng)的PEP（粉末擠出打印技術）工藝，已實現(xiàn)碳化硅剎車盤結構部件的大尺寸、輕量化、一體化制備。完整工藝過程后的部件致密度高達99%。打印的成品剎車盤具備高致密度、高強度、高硬度且質(zhì)量更輕，兼具出色的散熱功能和制動性。經(jīng)測試，3D打印碳化硅陶瓷剎車盤的表現(xiàn)優(yōu)于行業(yè)既定標準。



△升華三維碳化硅陶瓷燒結件力學性能

— 3D打印汽車制造前景一片光明 —

3D打印具備傳統(tǒng)制造工藝無法比擬的技術優(yōu)勢，可在不犧牲結構部件性能的情況下，實現(xiàn)部件的整合設計并制造，為汽車制造提供新的設計思路和發(fā)展途徑?？梢灶A估3D打印技術在汽車領域的應用前景將一片光明。

升華三維作為具備材料開發(fā)、設備研發(fā)生產(chǎn)、系統(tǒng)軟件開發(fā)到脫脂和燒結工藝為一體的金屬/陶瓷間接3D打印解決方案供應商。在助力汽車工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展方面，升華三維將以增材制造“數(shù)字化、個性化、定制化”的技術特點，通過PEP技術工藝幫助汽車生產(chǎn)制造商創(chuàng)造更多效益與價值。