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行业动态

汽车行业的SLA 3D打印

创建时间: 01/09/2019

汽车行业的SLA 3D打印近年来,我们看到越来越多的汽车制造商利用3D打印进行原型设计甚至最终零件。宝马(BMW),兰博基尼(Lamborghini)和捷豹路虎(Jaguar Land Rover)等行业巨头都参与了这一新趋势,灵活地完成了内部设计概念,功能原型和成品零件。这不仅对设计人员和整个研发过程而言非常方便,而且还可以大幅降低成本并加快新设计的上市时间。在ProtoFab,我们一直与该领域的众多制造商合作,并拥有丰富的汽车原型制造经验。我们与之合作的制造商之一是长城汽车,这是中国最大的SUV和皮卡生产商。让我们详细了解一下我们如何与Great Wall合作,为他们的最新型号生产原型零件。

SLA 3D Printing in the Automotive Industry

长城汽车的SUV选择

长城可能不是西方消费者最知名的品牌之一,但毫无疑问,它们的规模。早在1998年,长城就已成为中国最大的皮卡生产商,其市场地位此后一直在增强。进入2000年代,他们开始越来越多地关注SUV,该公司的Havel H6车型是中国最畅销的SUV。鉴于中国市场的庞大规模,这使它们成为世界上最大的汽车制造商之一,并且近年来它们一直在向海外扩张。他们的接送在澳大利亚很受欢迎,欧洲人的销售额同比增长。

2017年,长城推出了WEY,一个专注于紧凑型SUV的独立高端品牌。这是我们最近一直在协助的项目。

3D Printing car model

2015年和2016年,ProtoFab在长城WEY VV7的开发中发挥了重要作用

我们最初于2007年开始与长城合作,从那时起一直提供CNC加工和3D打印服务。创新和灵活性在整个制造业中变得越来越重要,这对汽车行业来说确实如此。出于这个原因,长城越来越多地使用灵活的增材制造技术,而不是像CNC加工这样的传统技术。
在整个生产周期中进行3D打印

汽车零件的生命周期包括三个阶段 - 研发,生产和最终用途,3D打印可以在每个阶段发挥作用。让我们来看看像长城这样的制造商使用3D打印的一些具体方法。

评估设计概念:设计是汽车品牌与众不同的主要方式之一,因此正确设计车辆造型对其成功至关重要。如今,来自不同品牌的许多车型在车身上非常相似,但由于不同的造型而竞争完全不同的人口统计。重要的是,设计师能够尝试各种想法,并通过试验和错误缩小最佳路径,而不是必须在过程开始时确认设计方向。如果创建概念模型既昂贵又耗时,那么设计团队将更倾向于保守设计,或者至少不愿意尝试各种选项。 3D打印允许快速,轻松且低成本地创建设计原型,从而使设计团队能够探索更广泛的解决方案。

设计测试:设计不仅仅是关于美学,还关乎性能和实用性。在开发新车时,重要的是确保每个部件的设计在结构强度,与其他部件的兼容性及其整体可行性方面是合理的。如果没有快速,轻松地生成功能原型的能力,一些关键的设计决策必须在过程的早期锁定,而不是将它们正确地进行测试。这极大地增加了错误和质量问题的可能性。可以快速生成和更改的3D打印功能原型不仅代表更快,更方便的开发周期,而且还可以产生更好,更安全的最终产品。

具有复杂结构的零件:当涉及复杂结构时,3D打印真正发挥作用。对于原型和最终零件都是如此。 3D打印使设计师能够充分发掘他们的想象力,而不受限制零件生产方式的限制。 3D打印不仅大大扩展了可以做的事情的可能性,而且还使复杂零件更便宜,更容易和更快地生产。

使用多种材料的零件:在开发尖端车辆时,某些零件不可避免地需要使用多种材料。这可以是橡胶和塑料的组合,不同颜色的材料混合或透明和不透明材料的混合。这种情况在汽车制造业中很常见,我们会定期遇到这种情况。与传统技术相比,双色注塑3D打印具有几个明显的优势。这些包括更坚固,更可靠的部件和避免昂贵的模具成本。

轻量化部件:随着制造商寻求更高的效率,减轻重量在汽车行业中变得越来越重要。利用3D打印技术,可以制造中空的轻质结构部件,而不是依靠泡沫填充或mucell技术。作为3D打印可以带来多少重量的一个例子,丰田生产的3D打印汽车安全座椅比传统座椅轻了72%。

打印专用工具:3D打印不仅对生产组件和原型有用,而且非常适合创建可在制造过程中的其他地方使用的特定用途工具。这些可包括精密测量工具以及铸件和模具。

市场调整之后:改造汽车是一项重要的业务,并且不乏人,尤其是年轻人,他们希望通过个性化将自己与众不同。 3D打印非常适合这种情况,可以以相对较低的成本生产真正独特的零件,例如更换扰流板,前分离器或内部仪表板。

以下是我们为长城汽车生产的汽车零部件示例:

Front-left door panel and speaker mesh 3D printed by the ProtoFab SLA600 using Formula W Resin
前部左门板和扬声器网格由ProtoFab SLA600使用Formula W Resin进行3D打印

Detail of the 3d printed Door panel
门板的细节

3d structure
我们印刷的复杂烤架结构

SLA与CNC

SLA Vs. CNC
从尺寸上看,这两个部分基本相同

在开发新零件或产品时,3D打印和CNC当然都值得考虑,并且在某些情况下,一种技术比另一种技术更合适。那么在决定选择哪一个时,我们应该寻找哪些因素?

CNC最适合大规模生产

如果我们只考虑公差和表面质量,那么CNC是明智的选择。 SLA 3D打印当然不是不准确的,但在实现光滑表面时,它不能与CNC加工相媲美。此外,如果您需要生产大量零件,而不仅仅是一个或两个原型,CNC肯定是要走的路,特别是如果零件结构简单的话。 CNC加工的另一个优点是材料。您可以使用CNC机器几乎任何材料,包括木材,金属和塑料,而SLA 3D打印仅限于使用光敏树脂。这可以用来模仿各种流行的热塑性塑料,但CNC在这方面始终具有优势。

The CNC process is messy and inefficient, in this case requiring 25 separate pieces to be machined and then glued together
CNC过程混乱且效率低,在这种情况下需要加工25个单独的零件然后胶合在一起。

All the pieces of the CNC part waiting to be glued together
CNC部件的所有部件都在等待粘合在一起。

SLA灵活高效


但是,当零件结构复杂且只需要少量零件时,3D打印是一种更有效的解决方案。为了更好地说明3D打印对汽车行业的优势,让我们来看一下我们为长城汽车制造的发动机盖原型的具体示例。我们决定使用SLA 3D打印和CNC加工生产相同的零件,结果非常有趣。我们发现,对于这部分和其他类似的部分,3D打印几乎在每个领域都要好得多。

例如,3D打印部件可以单件打印,而CNC机加工部件必须以多件生产,然后粘合在一起。这需要更多的劳动力,必须使用三台机器来生产所有25个部分。由于CNC加工中的刀头运动受到严格限制,因此无法生成更复杂的形状,因此需要很多部分。此外,最终的CNC部件重量不到1千克,但是从27千克的材料块中切出,这是一个惊人的废物水平。对于3D打印部件,几乎没有树脂的浪费,整体而言,该部件的生产成本要低得多。

This 3D printed engine cover was produced as a single piece
这款3D打印引擎盖是单件生产的。

SLA打印机的实际打印时间与CNC加工时间相似,但总体而言CNC过程要慢得多。这是因为CNC加工需要10个小时的准备,包括4小时的分析和6小时的配置。相比之下,3D打印机只需几个小时的准备工作。 CNC零件还需要更多的后处理,因为它是在多个部分生产的,而3D打印部件只需要标准的洗涤和打磨。


CNC需要额外一小时的胶合

An extra hour of gluing was required for CNC
所有额外的胶合都影响了表面

总的来说,3D打印更加灵活,更快速,更高效,更便宜,劳动强度更低。当与3D打印背靠背进行比较时,CNC加工的缺点尤为明显,尤其是其一般的低效率和缺乏灵活性。

the 3D printed part had a nice clean finish
相比之下,3D打印部分具有良好的清洁效果

两种技术的比较:

Technology SLA 3D printing CNC machining
Ease of Manufacture Part printed as a single piece. Multiple parts can be printed at once. Parts often need to be produced in multiple sections and then glued together. Each piece has to be machined independently.
Types of Structure Possible Any shape can be printed, including complex lattices and hollow parts. Only simple structures can be produced.
Material Photosensitive resin. ABS.
Material Usage Additive manufacturing process that makes use of more than 95% of material. Subtractive manufacturing process that wastes the vast majority of material.
Lead Time Typically 2 to 3 days. Typically 5 to 7 days.
Flexibility Very flexible. Designs can be altered quickly and easily. The machine can be prepared quickly. Inflexible. Adjusting designs is slow and difficult.
Design Limitations Only limited by the designer’s imagination. Many shapes and structures are impossible and need to be avoided.
Personnel 1 person can operate and monitor multiple machines. New personnel can be trained in a day. 2 to 3 people to operate each machine. New personnel require 6 months of training.
Noise and Environmental Factors Almost silent and very little waste. Very loud. Huge quantities of dust are produced which is harmful to breath in.

The final part fitted to the WEY VV7c
最后一部分安装在WEY VV7c上

3D打印和汽车行业的未来

我们与长城汽车的合作有助于展示3D打印在汽车领域的实用性,我们相信增材制造将继续取代传统的制造技术。尽管CNC加工对于大规模生产和某些功能部件仍然更好,但3D打印具有许多其他优点,在大多数情况下,3D打印是一个简单的选择。与传统方法相比,长城能够以更低的成本更快地获得所需的原型,并且在整个开发阶段也大大提高了灵活性。凭借这些优势,3D打印显然将成为未来汽车行业的核心。

3D Printers
使用我们选择的印刷设备和材料,SLA 3D原型制作更容易

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