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EP访谈: 成熟的研发手段,一汽大众的3D打印之路

文章和图片来源:        时间:2020.12.11        点击率:

  作为今年TCT亚洲峰会的演讲嘉宾,一汽大众的吴宏涛先生是国内较早使用3D打印技术的整车OEM的用户,2004年一汽大众成立试制部门,借鉴德国大众开发的经验,在2005年购买了第一台Stratasys FDM打印设备,到如今已经有15个年头了。现在一汽大众一共有三台设备在运行,分别是美国3D Systems iPro 8000,Stratasys 的 Fortus 450,还有华曙高科的SS402P,在今年TCT即将开展之际,我们和吴宏涛先生聊了聊一汽大众的3D打印之路。


  试制到工装夹具,3D打印在OEM的成熟度几何?


  其实3D打印技术真正的优势还是在小批量方面,作为研发手段来说,现在还是蛮成熟的。十几年走下来,像SLA、SLS、FDM等3D打印零件,在试制上,无论是价格还是性价比方面都很有优势。目前我们3D打印的零件用于试制装车时,主要用作搭载零件使用。即我们不测试零件本身的性能,只是用作搭载其他的零件做实验或者做整车性能试验,一个小的塑料零件对于整车试验的性能影响不大。



  3D Systems iPro 8000打印出来的扶手组件


  目前3D打印零件应用在整车制造生产中,主要以工装夹具为主,这方面近两年应用普及很快。就工艺层面而言,FDM工艺比较适合工装夹具,设备使用和操作都比较简单,而且可以实现蜂窝结构打印,零件残余内应力,尺寸形状比较稳定,零件不会随着时间而变形,另外FDM工艺一般用ABS材料,这个材料有一个很大的优点,表面不软不硬,比较适合制作直接接触零件表面的工装夹具。如果3D打印零件太软,就容易损坏磨损,太硬则会划伤工件表面。有一些要求强度比较高表面耐划伤的夹具,也会用到粉末烧结SLS工艺。一般说来,目前试制装车(试验车)的零件,比较倾向使用粉末烧结技术,这种零件强度高且耐温性能好。



  SLA打印的中扶手储物盒本体



  FDM打印的仪表板分装夹具



  目前一汽-大众的SLS设备——华曙高科SS402P


  3D打印最大的优势还是在小批量,对于大批量生产而言,一个件一年几十万甚至上百万这种情况,还得是批量的模具工艺比较有优势,无论在成本还是效率方面都远优于3D打印,所以说3D打印即便将来应用于批量制造的话,也将是以小批量制造为主,比如开发几百台车的情况。目前3D打印在批量车上用的比较好的主要在高档车上,其搭载的很多部件(包括金属或塑料件)都可以用3D打印去制造,因为对于高档车,本身的产量就很少,开批量模具不划算。但对于大众车型而言,一般一个车型每年都要生产几十万,如果零件既可以用现有模塑工艺制造,又可以用3D打印工艺制造,那么3D打印在这方面就不很经济,所以指望它大规模用在大批量生产上不是很现实。但另一方面,3D打印可以打印任意复杂结构的零件的本质属性,决定了3D打印工艺在未来的批量制造领域注定将占有一席之地。对于传统工艺无法制造的零件,3D打印技术将大显身手!实际上,对于小的复杂结构的金属零件,3D打印相对于机加工艺是具有成本与效率优势的。



  SLS工艺打印的REEV谐振腔



  一汽大众迈腾2019年销量17万辆,国内销售额累计百万辆


  对于汽车应用的技术瓶颈?


  3D打印零件其实还是有不如意的地方,简单地说如果要想获得一个高强度,表面质量优异,并且耐温性能又很好的零件,就目前来说,能同时满足这三方面性能的的3D打印零件,没有!这是一个很大的困扰,有赖于3D打印技术的进步,更多的是材料技术的发展!对于汽车行业,高的强度,优异的表面质量,较高的耐温,这三个方面的性能是我们最关注的。


  SLS工艺本身强度以及耐温都很好,但是表面稍差一些。并且这种工艺一般都是用尼龙或改性尼龙材料,这种材料本身比较硬,处理起来就会比较难,很难打磨,加上目前人工成本比较高,所以用粉末烧结的零件一般不处理表面,只用作结构件。直接接触零件的工装夹具一般也不用的SLS打印,因为这种材料比较硬,容易划伤零件表面。


  对于汽车上使用的塑料件,目前尼龙所能提供的强度就足够了——汽车上对于3D打印零件的强度要求其实不是很高,笼统的说就是中等要求;提到耐温,一般140℃足够了,尼龙材料完全可以达到;但是表面质量,尼龙材料就稍微差一些。


  对于高光的展示零件,表面看起来需要像镜面一样光滑,或者只要经过简单的处理就能达到镜面要求,我们就通常用SLA技术——它的表面质量很好,看起来很漂亮。但是SLA零件在空气中放置一段时间容易吸收空气中的水分容易发生变形,这种工艺我们现在用作翻模的原型件,或者只用于短期展示的展示零件。



  SLA工艺打印的电动车控制器罩盖


  其实对于应用企业来说,一汽-大众将紧跟3D发展趋势。我个人比较看好激光技术,这个技术对3D打印的影响会很大且很深远,而且目前发展势头最好的打印机很多都采用激光技术;其次是材料技术的发展,目前3D打印还是有很多不如意的地方,但很多可以通过材料技术的发展来解决!我们一汽-大众也在不停地进行设备的更新换代,以服务于研发发展,确保技术领先!


  如何了解3D打印在汽车技术的最新应用: TCT x AME 汽车与工业论坛



  活动战略合作媒体 3D 科学谷


  7月9日上午,TCT亚洲展期间,TCT将与行业知名媒体3D科学谷合作举办TCT x AME汽车与工业论坛,邀请了上汽大众、一汽大众、长城汽车三家整车OEM厂商共同探讨3D打印技术在汽车应用的经验和未来畅想。具体的演讲日程日下





  吴洪涛:长春一汽-大众有限公司高级工程师,哈尔滨工业大学车辆工程硕士学位,先后在机械加工、塑料注塑模具行业、塑料制品设计行业工作多年。从2005开始从事3 D打印相关的整车及零部件试制工作,十几年积累了丰富的3 D打印和零部件试制工作经验。先后在《国际汽车设计及制造》杂志上发表过《熔融沉积成型(FDM)研究》、《硅橡胶模具在汽车行业塑料件试制中的应用研究》、《塑料件试制工艺的选择》等论文。拥有一项国家产品创新专利。此外,对高分子材料及其加工工艺,碳纤维复合材料,镁铝合金压铸,冲压模具设计等工艺有浓厚的兴趣。


  亚洲峰会单日票价1,800元,本届受到疫情影响,观众可免费预约参会。现场减少60%的座位,设置间隔空间,确保观众的安全舒适地参与会议,无预约观众/展商谢绝入场。


  峰会预约网址 https://www.tctasia.com.cn/dowhat/summit/0/0/81/0