當(dāng)人們從制造的角度看待汽車(chē)這一面向消費(fèi)者的機(jī)械產(chǎn)品時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)其零部件的高效、低成本生產(chǎn)總是其中備受關(guān)注的話(huà)題，而這些制造需求，似乎是當(dāng)前的增材制造工藝所無(wú)法滿(mǎn)足的。但事實(shí)上，以更具優(yōu)勢(shì)的成本和生產(chǎn)效率量產(chǎn)汽車(chē)零部件是具有可行性的，實(shí)現(xiàn)這一切皆取決于對(duì)增材制造技術(shù)的理解，以及對(duì)增材制造工藝優(yōu)化和設(shè)計(jì)優(yōu)化的駕馭能力。

從設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝優(yōu)化出發(fā)提高產(chǎn)能

     英國(guó)Betatype開(kāi)發(fā)了適合通過(guò)增材制造技術(shù)生產(chǎn)的汽車(chē)LED大燈散熱器，并通過(guò)粉末床選區(qū)激光熔融設(shè)備實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

針對(duì)粉末床金屬熔融工藝再設(shè)計(jì)的汽車(chē)LED大燈散熱器，與大燈配件相兼容，圖片來(lái)源：Betatype

       Betatype分別對(duì)單激光器3D打印設(shè)備和多激光器3D打印設(shè)備生產(chǎn)這款散熱器的成本和時(shí)間進(jìn)行了測(cè)算。單激光器3D打印設(shè)備，例如雷尼紹RenAM 500M ，制造這款散熱器的生產(chǎn)時(shí)間為約30小時(shí)，一次打印中可制造的3D打印散熱器數(shù)量達(dá)384個(gè)。而通過(guò)傳統(tǒng)制造工藝生產(chǎn)原有設(shè)計(jì)的散熱器生產(chǎn)時(shí)間約為444小時(shí)。Betatype 在使用多激光器3D打印設(shè)備，例如雷尼紹RenAM 500Q， 制造散熱器時(shí)所用的時(shí)間進(jìn)一步減少至19個(gè)小時(shí)以下。Betatype 對(duì)這類(lèi)高效率生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)能進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)合優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案和打印工藝，每個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)一年的產(chǎn)能從7055個(gè)增加到135,168個(gè)，實(shí)現(xiàn)19倍的提高，如果安裝7臺(tái)設(shè)備，每年可以生產(chǎn)接近100萬(wàn)個(gè)3D打印零件。

     設(shè)備攤銷(xiāo)是增材制造成本的主要驅(qū)動(dòng)因素，使3D打印零件生產(chǎn)更具成本效益的關(guān)鍵是減少構(gòu)建時(shí)間，Betatype使用的優(yōu)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。Betatype已證明每件3D打印散熱器的成本從30英鎊降至3英鎊以下。

     Betatype的軟件可以?xún)?yōu)化打印中的刀具路徑，給出特定的控制參數(shù)，并提供優(yōu)化的激光曝光策略，用于提升產(chǎn)品機(jī)械性能和加快構(gòu)建過(guò)程。其優(yōu)化算法和過(guò)程IP，有助于將每個(gè)部件的構(gòu)建時(shí)間從一小時(shí)縮短到五分鐘以下，這意味著在一次打印中生產(chǎn)384個(gè)散熱器的總構(gòu)建時(shí)間僅為30小時(shí)。

通常，增材制造技術(shù)被認(rèn)為是能夠?qū)崿F(xiàn)非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，給設(shè)計(jì)帶來(lái)更大的空間。然而，增材制造技術(shù)也存在對(duì)設(shè)計(jì)的約束，理解這些約束對(duì)于該技術(shù)的應(yīng)用大有裨益。

       Betatype在設(shè)計(jì)方面做了全面考慮，設(shè)計(jì)師采用了功能集成化的設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了內(nèi)置支撐功能，該功能使得打印零件無(wú)需添加額外的支撐結(jié)構(gòu)。完成后的打印件通過(guò)手工的方式即可從基板中分離，無(wú)需借助其他分離切割設(shè)備。

圖片來(lái)源：Betatype

     從圖中可以看出，在一次打印中同時(shí)生產(chǎn)的多個(gè)散熱器是以堆疊的方式進(jìn)行擺放的。但打印過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使粉末床激光熔融工藝制造完全堆疊的零件是非常困難的，Betatype 通過(guò)智能化的設(shè)計(jì)技術(shù)減少熱應(yīng)力，將熱變形最小化。最終，散熱器可以以堆疊的形式進(jìn)行擺放，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)量的最大化。

Review

    Betatype 開(kāi)發(fā)汽車(chē)大燈3D打印散熱器的案例，揭示了粉末床金屬熔融增材制造技術(shù)在批量生產(chǎn)汽車(chē)零部件方面的潛力。可見(jiàn)，只要找對(duì)思路和方法，就可以撬動(dòng)增材制造技術(shù)在汽車(chē)零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用。

     在這個(gè)案例中，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)大燈散熱器生產(chǎn)成本效益提升的推動(dòng)力除了Betatype 的優(yōu)化激光曝光策略之外，還包括為增材制造而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品再設(shè)計(jì)思路。在設(shè)計(jì)這款金屬3D打印的大燈散熱器時(shí)，Betatype采用了功能集成化設(shè)計(jì)，減少了散熱器所需部件數(shù)量，這種設(shè)計(jì)非常適合通過(guò)增材制造設(shè)備進(jìn)行制造，而增材制造替代了替代鑄造、裝配等繁復(fù)的傳統(tǒng)工藝，直接將功能集成的散熱器制造出來(lái)，簡(jiǎn)化了汽車(chē)大燈散熱器的生產(chǎn)過(guò)程。

(責(zé)任編輯：admin)

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