透过铂力特助力制造钛合金轮毂看3D打印优势

发布时间:2022-08-30 22:47:14 来源:kok平台在线 作者:kok在线登录网址

  3D打印正在为汽车制造带来无穷的畅想空间,3D打印在汽车领域方面的应用正在呈加速态势,根据德国VDMA-德国机械设备制造业联合会的调查,制造业对3D打印在汽车领域的应用持有乐观预期。

  2020年九月,2021年3月,2021年9月,制造业对3D打印在各领域的应用预期变化,汽车领域呈快速上升趋势

  3D打印汽车轮毂是目前增材制造在汽车领域中的一项颇为引人注目的应用。本期,3D科学谷结合铂力特在汽车轮毂上的应用,与谷友一起来洞察3D打印汽车轮毂的制造与商业逻辑。

  轮毂是汽车上最重要的安全零件之一,包括钢制轮毂、铝制轮毂、钛合金制轮毂等。轮毂承受着汽车和载物质量作用的压力,受到车辆在起动、制动时动态扭矩的作用,还承受汽车在行驶过程中转弯、凹凸路面、路面障碍物冲击等来自不同方向动态载荷产生的不规则交变受力。

  轮毂的质量和可靠性不但关系到车辆和车上人员物资的安全性,还影响到车辆在行驶中的平稳性、操纵性、舒适性等性能,这就要求轮毂动平衡好、疲劳强度高、有好的刚度和弹性、尺寸和形状精度高、质量轻等。

  传统上,制造汽车轮毂的工艺链复杂,根据铝车轮质量协会,国内汽车铝轮毂成形技术中,总产量的85%以上是采用低压铸造工艺生产,其余采用金属型重力铸造、挤压铸造和锻造工艺技术生产。为了达到需要的精度,后续还需要CNC机加工来处理,新的技术是采用高精度CNC双轴立式加工单元,无切削液的干式加工——刀具微润滑空气冷却方式,加工顺序是先钻后车,以产品螺栓孔定位,车削转速至少2500r/min,并将去冒口在钻床上完成。

  钛合金具有明显优于铝合金的强度/重量指标以及耐腐蚀性,是车轮轮毂制造的理想材料,但采用传统工艺制造钛合金这种高成本材料是非常昂贵的,传统的钛合金零件制造主要依靠铸造和锻造。

  其中铸造钛合金零件易于大尺寸制造,但重量较大则加工成精细的形状难度也提高了。锻造的钛合金零件虽然通过后期机加工过程中,切削精度较好,但也需要进行大余量的机加工处理,机加工过程中产生大量的废料。3D打印实现轻量化设计以及在材料方面的节省,为该技术在制造钛合金汽车轮毂中的应用提供了可能性。

  并且,3D打印的方式成型复杂结构的钛合金轮毂,不仅缩短了工艺链,节省了材料,还可以通过结构设计优化来大大提高整体强度。

  那么钛合金轮毂就具备了一定程度的通过3D打印来制造的逻辑,在逻辑具备的基础上,对3D打印制造技术本身有什么样的要求呢?

  近日,由铂力特提供技术支持和完成打印的轮辐,组装成轮毂后通过国家标准的性能测试实验,满足上路的性能条件和要求,在不久后将会交付给第一批客户装车上路。

  该轮毂的最终成形规格为20英寸,轮辋由碳纤维材质制造,轮辐由钛合金整体3D打印而成。单个轮毂重量为10kg,相比传统轮毂重量减少40%。

  该轮毂的轮辐由BLT-S600设备全幅面成形,四光全幅面室温拉伸性能数据结果表明,轮毂性能整体均匀可靠,可满足客户性能要求。

  交付轮辐实物三维扫描结果显示,产品整体变形量控制在±0.5mm内,满足装车使用需求。

  在轮毂开发阶段,铂力特针对该个性化定制轮毂,进行了多轮工艺方案迭代,在确保质量前提下,后处理工作量减少300%。

  最终的生产出的轮辐支撑少、易去除,减少了材料浪费和能源消耗,进而降低了产品成本。

  Ascension design设计的轮毂由BLT-S600设备打印而成。BLT-S600是铂力特针对圆筒型结构特征零件推出的四激光金属3D打印机,搭载了铂力特研发的智能铺粉、三维重建等智能模块。

  智能铺粉功能可以识别98%以上的缺粉场景,减少不必要的停机,提升打印成功率。

  三维重建功能可实时显示打印效果,定位打印缺陷以及进行后期的质量回溯,提升效率,降低成本。

  如果说通过3D打印来制造钛合金轮毂的一大优势是节约钛合金材料,那么打印过程中的质量控制变得尤为重要,否则一旦生产的产品不合格,浪费的将是钛合金金属粉末这样的原材料。

  不过3D打印汽车轮毂除了对工艺控制的要求高,由于轮毂的尺寸比较大,对3D打印设备的尺寸要求也比较高。

  在铂力特3D打印钛合金轮毂的案例中,除了优秀的性能和成熟的质量保障手段之外,通过铂力特的BLT-S600打印该轮毂的另一个重要原因是该设备的打印幅面为600mm×600mm,恰好贴合目标轮毂的成形尺寸,成形幅面不冗余。

  总体来看,当前3D打印钛合金汽车轮毂的优势在于免除昂贵的模具成本和模具制造过程,避免铸造和锻造过程,避免大余量金属切除的机加工过程,并且3D打印可以成就复杂形状的优势也在轮毂的制造过程中发挥了优势,通过优化轮毂结构进一步实现轻量化。

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