增材制造技术：为汽车制造商创造商机

 

 

汽车供应商ContinentalEngineeringServices致力于生产制动器、油门踏板等零件，现如今还推出增材制造服务。通快3D打印机制造的组件可提供出色的表面光洁度和负载测试结果。

 

总部位于德国法兰克福的ContinentalEngineeringServicesGmbH（CES）成立于2006年，致力于为汽车行业提供开发和生产的解决方案。CES在全球拥有约1,800名员工，主要业务为：电子元件的开发和制造、提供制动系统、传动系统以及辅助驾驶系统的解决方案。CES的客户以豪车和跑车制造商为主，对生产标准具有苛刻的要求——这类汽车制造商通常需要视觉美观且又十分耐用的组件。增材制造（AdditiveManufacturing）中的3D打印技术，是应对挑战的理想选择——可以让复杂形状的制造变得轻而易举：可以仅在实际需要的地方使用材料，从而显著减轻组件重量。此外，使用3D打印工艺还免去了制造商创建工具或设置铣床的烦恼，此项工艺极具灵活性，是一种经济高效的小批量生产方式。

 

 

尽管增材制造具有诸多优势，但汽车行业尚未广泛采用这一技术。虽然有部分厂商已将3D打印用于原型、替换零件或单个组件的制造，但增材制造仍鲜少出现在生产线上。正因如此，CES才要赢得先机。2017年，CES成为业内为数不多的建立自身增材制造部门的制造商之一，设立了增材设计与制造（ADaM）中心。该中心目前拥有20名员工，均由StefanKammann管理。

 

据了解，ADaM的大多数3D打印机通常用来打印原型或测试用塑料零件。“在小批量生产的时候，3D打印的速度明显比铣床或压铸更快，显著降低了开发时间，”Kammann表示。该团队还使用增材制造来配置其自动化生产线，在过去，如果他们想让机器人抓住金属刀坯，必须首先对机器人进行示教。而借助增材制造，他们可以制造简单的刀坯，省去了机器人无法触及的连接或支架。因为后续无需丢弃这些金属刀坯的特点，让其和使用原始金属刀坯相比，具有更高的经济性。

 

 

自2018年1月以来，CES一直使用通快TruPrint3000系列的两款3D打印机型号来制造金属零件。长期以来，CES始终将这家位于德国迪琴根的高科技企业视为值得信赖的合作伙伴。通快目前拥有十个TRUMPF系统，涉及用于切割、焊接和折弯金属板。CES基于以往与通快合作的良好体验，选择了通快的金属3D打印设备。

 

 

 

Kammann利用两台TruPrint机器来打印需要优质表面的零件。“只有3D打印才能让表面如此光滑，”Kammann表示，同时用手抚摸闪闪发光的油门踏板。“这种出色的制造品质可以给豪车厂商留下深刻的印象。”他补充道。他还使用TruPrint3000打印镜壳、显示器和控制单元。现在CES甚至使用TRUMPF来打印内部生产所需的零件。Kammann回忆道，团队对机器人焊接单元的保护气体喷嘴十分不满。冷却通道、钻孔和流体流动也同样无法满足他们的要求，于是工程师决定设计和打印出新零件，但这是传统方法所无法实现的。而使用3D打印制造的新零件则可以将保护气体更均匀地分布在整个焊接单元中。

 

 

 

凭借TruPrint3000，Kammann的团队为众多汽车厂商制造了制动钳，他对此感到十分自豪。尽管如此，这类生产规模的3D打印组件仍十分罕见，因为供应商需要获得道路通行许可，而这是一项复杂且代价极高的任务：他们必须通过大量测试来证明打印的零件与常规方法制造的零件在道路效果上完全相同。“很少有公司能做到这一点，因为这项工艺的应用需要深入了解对工艺和质量要求。”Kammann表示。针对制动钳，ADaM团队进行了计算机断层扫描、拉伸试验以及动态载荷试验，其中需要对制动器施加约30,000次的高压。试验结果表明，打印的制动钳比常规方法制造的制动钳具有更高的弹性。“这足以说服我们的客户使用增材制造的方法生产制动钳。”Kammann表示。

 

不过令人惊喜的是，3D打印技术能带来更快的制动钳生产。传统砂型铸造方法的交货时间约为12到14周，与之相比，3D打印的交货时间则仅为1周。对于大批量订单，传统的制造方法可能会节省成本，但3D打印堪称制动钳小批量生产的不二之选。

 

ADaM团队现在将TRUMPF3D打印机用于整个零件制造，包括后视镜单元、制动钳、控制单元以及显示器外壳。

 

 

Kammann期望着，汽车行业未来能以开放的心态接纳3D打印技术，但终归需要OEM决定制造方法。OEM厂商普遍担心这一技术是否足够成熟，在Kammann看来，他们对这一技术的复杂验证也十分担忧,然而CES则完全不用为这些忧虑。“我们内部拥有所有的标准制造方法，我们会适时利用增材制造增加价值，增材制造可以为我们带来巨大的商机，尤其是针对复杂的小批量生产。我们希望豪车和跑车制造商能够清晰地认识到这一点。”Kammann最后谈到。