“新”增材制造，汽车行业如何获益？

酷凌时代

基于数字化和技术变革的快速步伐，增材制造（AM）的工业化进程已持续了很长一段时间。从它进入铸造、机械加工及其他制造流程的时间，可以认为它已经获得了广泛应用、有效促进了生产发展。增材制造在这种大环境下已存在了30年左右，但当将它与其他更成熟的、用于零件生产的传统制造工艺比较时，其仍处于非常初级的阶段。
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尽管如此，增材制造技术仍取得了重大进展，在过去十年尤其明显。它已被用于许多行业的部件生产，包括受到高度监管的航空航天和医疗行业。其应用的领域不仅局限在生产原型、备件或一次性产品，只要材料满足需求，批量生产零件已变得非常容易。
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9 j, e& v1 a# K3 b; X3 w得益于增材制造更低的成本、更可靠的系统，再加上在供应链上持续存在的瓶颈，汽车行业在金属增材制造的零部件生产上做了大量投资。尽管应用增材制造技术制造数百万个金属部件仍然有难度，但其应用于批量生产的未来似乎已经可以预见。
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0 K5 D8 y$ Z7 |$ f) ]6 G7 o# V: n6 p汽车制造商对增材制造的青睐
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7 I$ F, {/ r& U4 ?5 f. f' ~+ y豪华车和高端车因为有着更高的利润率，愿意尝试新技术，因此增材制造也正在豪华车和高端车市场中寻找突破口。据外媒近日消息，粘合剂喷射3D打印系统供应商Desktop metal收到德国一家主要汽车制造商价值790万美元的粘合剂喷射增材制造系统订单，用于大规模生产金属汽车动力总成部件。
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4 v; y1 C3 l$ n9 |( t5 E* R虽然Desktop metal没有透露该订单的合作车企，但考虑到宝马是Desktop metal通过BMW iVentures的首批投资者之一，大众汽车正在积极与惠普合作，而戴姆勒奔驰已经与EOS合作多年，外媒猜测这家德国汽车制造商是宝马。

据悉，Desktop metal为终端零件的批量生产提供了广泛的高通量增材制造解决方案组合，并支持包含超过250种材料的全面和多样化的材料库，可使用的材料涵盖金属、复合材料、聚合物、陶瓷、生物兼容材料、沙子、木材和弹性体等，在汽车、医疗保健和牙科、消费品、航空航天等行业拥有快速增长的客户基础。
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& ]  V: L2 l" ]$ Y除了汽车OEM厂商，零部件企业也在发力增材制造。马勒与SLM Solutions合作，应用SLM Solutions的系统，并授权OEM和一级供应商，以满足他们在系列生产中对金属增材制造的需求。通过合作，两家公司正在提高汽车零部件原型和系列生产的速度和质量。

% X: }) B; w3 C1 Y( \  V据悉，这些部件将由铝和不锈钢合金打印而成，具有显著的弹性和耐腐蚀性能，并且优化了拓扑结构以减少整体重量。对于传统制造方法来说过于复杂的结构，可以很轻松地生产出来，同时仍然遵循汽车行业严格的质量标准。
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) _6 x- j* Q/ l) p经典圆线绕组的横截面（左）和 3D 打印单个线圈的横截面（右）

1 {* K6 ~( P! E 据悉，马勒在斯图加特的战略3D打印中心将通过革新原型生产的步伐，在加强其作为原始设备制造商领先的开发合作伙伴的角色中发挥关键作用。新中心将把生产时间从几个月缩短到几天，从而同时加速向气候中性的移动出行的发展。开发重点将主要集中在来自热管理、机电一体化和电子领域的组件。
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新定义为增材制造零件生产开辟道路
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8 M$ ^* K8 j* q6 D# ?6 l5 @2 V增材制造正在寻找立足点，而不仅仅局限在原型制造。ISO/ASTM 52900:2021最近更新了增材制造的标准定义：
: C  W5 N' S' T0 }9 \● 一种工艺，像机械加工、铸造、锻造、注塑那样的工艺过程；
● 汇合了粉末状、液状、线状或其他固体形式材料，如聚合物、金属、陶瓷、其他材料或其他组合物；
+ O6 ^) Z4 ~& Z# I* q● 用以制造零件，也称“可构成全部或部分目标产品的功能性要素”；
● 采用三维模型数据，可以是三维实体（如CAD）模型、STL或AMF文件、DICOM文件，三维点云或其他；
● 通常以一层覆盖一层的方式，将材料叠加、汇合在一起，由此产生七种不同类型的增材制造过程；
● 与另两种重要、完善的生产制造工艺——减材制造和成形制造技术是相反对照的。
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$ e: `' K1 j+ z$ V这个新定义用“零件”取代了“物体”，强调了增材制造的功能本质——即制造“全部或部分目标产品”。 这个定义的“新”在于认识到工业向零件生产转移这个趋势。与此同时，更新后的定义仍为“功能性要素”原型设计留下了空间。这个“功能性要素”，代表了全部或部分目标产品。实际上，不管未来会不会将生产转向增材制造方向，许多公司都在试图做出一个有说服力的金属增材制造案例，用功能性原型快速迭代设计替代方案，缩短开发周期。
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例如在电动汽车电动机绕组方面，3D打印技术展示出了其优势。虽然电动机可能看起来很基本，但内部有很多部分在起作用，包括热力学、结构力学和电磁学，其设计必须紧凑，甚至因为工作空间很小，需要重新设计工程和部件的放置。

* r4 m3 G  T7 e2 _# ?1 l4 |1 K传统制造会产生典型的圆线绕组，由于导体、工艺和几何形状必须匹配，因此传统绕组往往受到限制并且难以完美。借助新的3D打印技术绕组的线圈，同时通过 Additive Drives 创建的新程序和定制的激光熔化系统，能够防止空隙和凹槽不合适的问题，填充凹槽时铜的量增加，电阻更小。因为每根导线都与线圈的所谓叠片铁芯热接触，可变形状也有利于散热，因此没有热点，电动机的输出功率也可最多提升45%。
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9 v2 }1 r# I) V4 b结语

事实上，利用3D模型数据制造零件给增材制造带来了许多经济效益，其中最大一个因素是“数据就是工具”。 换句话说，工具、固定装置、夹具等的高成本设备也同样应用于其他成形工艺。而与减材制造工艺相比，用一层叠一层增加材料的方式制造零件，可以减少废料，防止浪费，能带来额外的经济效益。

5 a/ v" u+ Z% ]; l! U5 Y简而言之，增材制造正在“成长壮大”，已经在生产车间拥有越来越多的成功案例。但即便技术成熟，增材制造也依然不可能完全取代其他减材、成形工艺。不过，我们要看到的是，按照最新的定义，在某些零件生产场景中，增材制造是更具优势的。因此，找出这些零件生产场景，对有志于应用增材制造来提高设计效率、降低制造成本的企业来说，是接下来的一项重要挑战。
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; B% k5 R7 N, n- ~! b2 ]5 O! o: x   PS：在增材制造方面，激光是一种通用工具。为了确保激光可靠地工作，其组件必须冷却激光的产生产生热量。如果这些热量不被释放，两者都是激光和工件将会加热向上，热会降低测量的准确性激光束 甚至会使零件变形的激光。为了防止温度波动和损坏，激光制造商应用冷却单元，就是给激光器配备合适的激光冷水机为其精准控温降温，这样我们的激光器才能精准稳定高效的工作。
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   酷凌时代就是国内专业的激光冷水机厂家，涉及产品高精度激光冷水机、紫外激光冷水机、超快激光冷水机、微型激光冷水机、3D打印激光冷水机、紫外打标机冷水机等，有需要欢迎进一步沟通了解。
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