汽車大燈散熱器的低成本、高效生產如何由金屬3D列印技術實現?

當汽車這一商品普遍化,需求不斷增加的同時,如何實現其零部件的高效率、低成本生產是其中備受人們關注的話題,而這些製造要求,是當前的增材製造工藝所無法完全滿足的。然而,在事實上,以更具優勢的方式和生產效率量產汽車零部件是具有一定的可行性的,要實現這一切,取決於對增材製造技術的理解,以及對增材製造工藝優化和設計優化能力的。

以工藝優化和設計優化為起點提高產能

英國的Betatype公司專門開發了針對汽車LED大燈散熱器的增材製造技術,並通過粉末床選區激光熔融設備實現了批量生產。

汽車大燈散熱器的低成本、高效生產如何由金屬3D打印技術實現?

通過針對粉末床金屬熔融工藝再設計的汽車LED大燈散熱器,與大燈配件實現相互兼容

Betatype分別對單激光器3D打印設備和多激光器3D打印設備生產這款散熱器的時間和成本進行了相關的測算。

單激光器3D打印設備。舉個例子,雷尼紹RenAM 500M ,這款散熱器的製造生產時間大約在30小時,而一次打印中可製造的3D打印散熱器數量高達384個。通過傳統生產製造工藝生產原有設計的散熱器生產時間約為444小時。這其中的差距可見一斑。

Betatype 在使用多激光器3D打印設備時, 製造散熱器時所用的時間可以進一步縮減至19個小時以下。Betatype 對此類高效率生產系統的產能進行了相關的計算,結合最新的設計方案和打印工藝,每個系統生產一年的產能從7055個增加到135,168個,實現了高達19倍的提高!而如果安裝7臺設備,每年可以生產接近100萬個3D打印零件!!

設備的攤銷是增材製造成本的主要驅動因素,而3D打印零件生產更具有成本效益的關鍵是減少構建時間,Betatype使用的優化技術正是實現這一目標的關鍵。而且其已用事實證明了,每件3D打印散熱器的成本從可以30英鎊降至3英鎊以下!對於成本控制來說,是一個很棒的選擇!

Betatype配套軟件還可以針對刀具路徑進行優化,給出指定的控制參數,並提供激光曝光策略的優化方案,用於加快產品機械性能的構建過程。其優化算法和過程IP,均有助於將每個部件的構建時間從一小時縮短到五分鐘以下,這將意味著在一次打印中生產384個散熱器的總構建時間僅為30小時!

在通常來說,增材製造技術被認為是專門用來實現複雜結構,給設計帶來更大的空間的。然而,增材製造技術也存在對設計方面的約束,理解這些約束更有助於對該技術的實際應用。

思誠資源瞭解到,Betatype在設計方面做了全方面的考慮,設計師應用了功能集成化的設計,並設計了內置支撐的方案,該方案的設計使得打印零件無需添加額外的支撐結構。打印完成後的產品通過人手工的方式即可從基板中分離,無需藉助其他特殊的分離切割設備。

汽車大燈散熱器的低成本、高效生產如何由金屬3D打印技術實現?

從上圖中可以清楚的看到,在一次打印中同時生產的多個散熱器是以層疊的方式進行擺放的。但在打印過程中產生的熱應力,使粉末床激光熔融工藝製造完全堆疊的零件是有較高的難度的,而Betatype 通過其特殊的智能化設計技術減少熱應力,將熱變形最最小化。使得散熱器最終可以以堆疊的形式進行擺放,從而實現生產量的效率最大化。

通過Betatype公司開發的汽車大燈3D打印散熱器的實例,向我們揭示了粉末床金屬熔融增材製造技術在批量生產汽車零部件方面巨大的潛力。可見,只要找對思路和方法,是完全可以撬動增材製造技術在汽車零部件生產中的實際應用的。

在這個實例中,實現汽車大燈散熱器生產成本效益提高的推動力除了Betatype 的優化激光曝光策略之外,還包括為增材製造而設計的產品再設計思路。據思誠資源瞭解,在設計這款金屬3D打印的大燈散熱器時,Betatype採用了功能集成化設計,減少了散熱器所需部件數量,這種設計非常適合通過增材製造設備進行製造,而增材製造替代了傳統的複雜工藝,直接將功能集成的散熱器生產出來,極大的簡化了汽車大燈散熱器的生產過程。


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