成熟的研发手段,一汽大众的3D打印之路

作为今年TCT亚洲峰会的演讲嘉宾,一汽大众的试制负责人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,一汽大众成立了试制部门。借鉴德国大众的开发经验,一汽大众在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塑料件3D打印设备在运行,分别是美国3D Systems iPro 8000,Stratasys 的 Fortus 450,以及华曙高科的SS402P。

2020年TCT 亚洲展即将开展之际,吴宏涛先生在TCT亚洲视角EP访谈栏目中谈了一汽大众的3D打印之路。以下是吴宏涛先生分享的内容。

l 从试制到生产,3D打印的应用成熟度

3D打印技术目前的优势还是在小批量零件制造领域,3D打印技术已经成为一种成熟的研发手段。十几年走下来,一汽大众通过SLA、SLS、FDM等3D打印技术试制过零件,在试制方面,无论是价格还是性价比,3D打印都很有优势。目前一汽大众的3D打印零件用于试制装车时,主要用作搭载零件使用。即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。

FAW_Auto_3D systems_13D Systems iPro8000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,消除零件残余内应力,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,也会用到选区激光烧结(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SLS 3D打印技术,这种零件强度高且耐温性能好。

FAW_Auto_3D systems_SLASLA打印的中扶手储物盒本体

Auto_3D systems_FDMFDM打印的仪表板分装夹具

FAW_Auto一汽-大众的SLS设备—华曙高科SS402P

目前,3D打印最大的优势还是在小批量制造领域,对于一个件一年生产几十万甚至上百万的大批量生产应用,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。如果将3D打印技术应用于最终零部件生产,也将以小批量制造为主,比如当汽车制造商需要开发几百台车的情况。

目前,3D打印在批量车零部件生产的应用主要是面向高档车,其搭载的很多部件(包括金属或塑料件)都可以用3D打印技术制造。其中一个原因是,高档车本身的产量很少,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打印在这种情况下就不具有经济性。

但另一方面,3D打印能够实现复杂结构的本质属性,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。

Part_SLS_AutoSLS工艺打印的REEV谐振腔

l  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,目前来看3D打印技术还很难同时满足这三方面性能的要求。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。对于汽车行业而言,高的强度,优异的表面质量,较高的耐温性,这三个方面的性能是最受关注的。

SLS 3D打印的零件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,在这类应用中,一汽大众通常用SLA 3D打印技术,该技术制造的零件表面质量很好,看起来很漂亮。但是SLA 3D打印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,因此一汽大众现在将这种技术用来制造翻模的原型件,或者制造短期展示的展示零件。

Part_Auto_FAW_SLASLA工艺打印的电动车控制器罩盖

吴宏涛先生谈到,一汽-大众将紧跟3D打印技术的发展趋势。对于个人而言,他比较看好基于激光的金属3D打印技术,这个技术对增材制造的影响会很大且很深远。3D打印材料技术的发展,目前还是有很多不如意的地方,但相信这些问题将随着材料技术的发展来解决!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!

l 了解3D打印在汽车制造中的最新应用

TCT 2020

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预约获得峰会免费席位

2020年7月9日上午TCT亚洲展期间,TCT将与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:

7月9日

10:30-11:00 3D打印技术在汽车工业中的高附加值应用

沈卫东,车身研发高级总监,上汽大众汽车有限公司

11:00-11:30 增材制造技术在汽车研发生产中的应用

陈龙,增材制造业务负责人,东风汽车集团有限公司

11:30-12:00 3D 打印在汽车研发与生产中的应用研究

吴宏涛,试制负责人,一汽大众(长春)有限公司

展会同期的TCT亚洲峰会单日票原价1,800元,为了促进行业尽快恢复,主办方特别开放免费预约席位,普通观众现在可免费预约参观,现场设置间隔空间,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。

听众需通过官方网站www.tctasia.com.cn ,点击TCT亚洲峰会预约参加本次会议。

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