重新設計：利用增材制造升級汽車工具

來源：Materialise 瑪瑞斯


增材制造（AM）的一個主要優(yōu)勢就是其在設計方面的靈活性，這使我們能夠以新方式反思現(xiàn)有的工藝設計。舉例來說，汽車工業(yè)中的層壓工具的作用是將材料粘附在汽車內(nèi)飾上，這一粘貼材料的過程被稱為懸垂成型。在Materialise的設計師和工程師認識到該工藝的缺陷后，他們試圖用AM技術重新設計該工具。

• 挑 戰(zhàn)：消除使用傳統(tǒng)方法制造的工具所帶來的問題
• 解決方案：用增材制造技術重新設計
• 結 果：使用3D打印技術，得到了一個性能更強、更輕便且更便宜的零件
  

消除傳統(tǒng)方法制造的工具所帶來的問題

對于將AM應用于汽車行業(yè)這一技術，Materialise金屬能力中心的專家們已經(jīng)非常熟悉。他們一直在用AM技術反思舊工藝。該團隊就是這樣在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)了一個經(jīng)常導致矛盾、時間浪費和廢料過多的問題點——垂線成型。

一般來說，這種工藝會使用到帶有加熱和冷卻通道的金屬工具，來將皮革等材料粘在汽車內(nèi)部的某個區(qū)域，比如門板上。由于該工具是通過銑削固體金屬塊制成的，此通道只能在直線上鉆孔，這就限制了此工具的設計可能性。因此，這會導致生產(chǎn)周期延長、加熱不連貫、膠水擴散等問題，使得時間和材料都浪費良多，而且生產(chǎn)結果也達不到行業(yè)要求的質(zhì)量標準。

利用增材制造工具重新設計
當設計與工程團隊發(fā)現(xiàn)這些問題時，他們立即意識到增材制造技術可以幫助他們提升工具的性能——同時還允許他們繼續(xù)使用鋁來應對溫度限制和壓力限制。

我們?yōu)樵霾闹圃熘匦略O計零件不僅僅是為了改進原始設計，而是希望能夠使用創(chuàng)新的方法來賦予工具新的活力。我們怎樣能夠通過優(yōu)化設計，從而使零件效果超出預期呢？3D打印的設計靈活性使我們能夠做到這一點。所以，我們不會止步于‘還可以’。

——Materialise的設計工程師Tim Hermanski

▲  3D打印的層壓工具的通道

在為增材制造重新設計零件時，對于3D打印設計的方法和應用，團隊擁有深刻的理解是至關重要的。Materialise金屬能力中心擁有最合適的團隊，因為該中心擁有AM軟件、生產(chǎn)和設計的專業(yè)知識。有了這些專業(yè)知識和Materialise軟件來簡化流程，該團隊使用AM思維對零件進行了全面的反思。

性能更強、更輕便、更便宜的3D打印零件
在Materialise的團隊和金屬AM綜合性能的幫助下，此零件的二次設計比原來的設計多出許多優(yōu)勢。

▲ 3D打印的層壓工具

首先，優(yōu)化后的通道性能提升了50%。團隊將通道設計得更靠近表面，以確保加熱和冷卻的均勻和快速。如上所述，最初設計的一個主要缺點就是在這一步驟中不能保持一致，所以改進后的流動（flow）對于減少廢料幫助很大。

▲  加熱后的AM零件的熱圖像

靈活的設計帶來的另一個好處是，該團隊可以將兩個零件合二為一，從而使零件的質(zhì)量減少51%。銑削技術只能生產(chǎn)筆直的通道，而AM技術能夠使用最少的材料，設計生產(chǎn)更多形狀的通道。更輕便的零件制造成本也更低，對操作員來說也更容易處理。團隊進一步優(yōu)化了零件，使零件無需支撐結構，減少了材料成本和后期處理所需的時間和精力。