案例洞悉3D打印砂模助力电动车电机外壳开发应用

根据3D科学谷特约制造业专家的观察,新能源汽车是国家和汽车行业未来发展的方向,这其中需要更高效率的电机,更长续航的电池,更高能效比的空调,这些需求对我们的传统汽车制造业带来很大的挑战。

voxeljet-维捷与其合作伙伴可以提供电机从研发铸件到大批量生产的全套解决方案。通过基于3D打印的快速成型技术,可以提供最快3天实现从概念到铸件的交付。本期,3D科学谷与谷友通过voxeljet-维捷在英国的客户Brooks Crownhill的案例来洞悉3D打印如何助力电动汽车的开发。

Part_voxeljet© voxeljet-维捷

成就高度复杂的零件

对于英国公司Brooks Crownhill Limited(BCP)所制造的许多汽车零件而言,BCP早在准备好进行批量生产之前就依靠使用3D砂型打印来生产汽车零件原型。

3D砂型打印的优点是能够设计高度复杂的零件,而无需从头准备昂贵的模具。另外,随着增材制造提供了独特的设计可能性,全新的设计应运而生。而对于3D打印的砂型应用来说,增材制造允许最终用户在制造生产模具之前彻底检查并广泛测试新设计的组件,这样可以节省大量的前期开模的时间和金钱

对于铸造的应用来说,用砂制成的模具具有较高的成本效益,并且耐火,可用于钢、铝铸造。由于这个原因,砂模铸造一直很受欢迎,特别是在汽车工业中。现代的工业3D打印为铸造厂开辟了全新的可能性,因为借助3D打印系统(例如来自voxeljet的粘结剂喷射系统),可以制造高度复杂的型芯。

BCP为汽车行业的客户大量生产发动机部件,最近还生产电动机的外壳部件。目前BCP与voxeljet-维捷的合作已有相当一段时间了,巨大的优势是显而易见的。3D打印过程快速,具有成本效益,并为设计师提供了极大的创作自由。更重要的是,3D打印带来的自由度对于重新优化原来的零件设计并节省尽可能多的材料非常重要,例如通过拓扑优化零件的结构,可以获得更佳的轻量化结构

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BCP的一大目标是必须使零件越来越轻,不仅需要做到轻量化这一点,还需要同时保持甚至更好地提高零件机械性能并延长零件的使用寿命。而这一诉求在使用voxeljet-维捷的3D打印砂型技术上得到了很好的满足。

轻量化设计是近年来最重要的设计趋势之一,目前设计正越来越受制于可制造性的极限:整个铸件的壁部更薄,定位精度要求更小的公差。而3D打印砂型不仅能够实现使用铣削或射芯等常规工艺无法实现的几何形状,而且尤其是当需要测试全新的设计时,3D打印带来了极高的便利性。

block 3D打印对金属铸件的影响:设计可行性

3D打印意味着可以将复杂的内芯作为一个完整部分进行打印。这为节省了铸造准备工作。这也为用户和铸造厂减少潜在的成本和在复杂的堆芯组装生产线一侧的常规组装时间,这些节省的时间所降低的铸件成本会带来更多的竞争优势。这直接影响到业务模型、持续的成本和交付给最终客户的时间。

block 为“制造”而设计 vs 为”功能”而设计

3D打印砂型设计的更大自由度正在缩小为“制造”而设计和为“功能”而设计之间的差距。如今,工程师可以使用有限元分析(FEM)来优化功能,然后直接进行3D打印。这使得发动机零件的设计快得多,更重要的是,零件更坚固,从而可以大大减轻重量。

voxeljet_designblock 不仅仅是单纯的产品优化

通过3D打印,可以在设计阶段计划进入砂芯的气体通道。这些用于铸造过程中的排气和除气,3D打印使排气的工作更加轻松,并且就密度和表面质量而言,对铸件的质量有很大影响。此外,根据BCP,还可以添加结构拉杆以提高零件的可运输性,并简化3D打印砂型的处理。

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BCP还依赖于每种应用使用不同的制砂系统。例如,高强度和高温型芯可在高温合金的铸造过程中确保内芯的稳定性和同心度,以实现高强度和耐温性。

根据3D科学谷的了解,除了BCP这样的汽车零件生产商,目前全球范围内,voxeljet-维捷服务的客户群包括奔驰、宝马、福特、保时捷、大众等。随着更多中等规模的客户加入到这一群体中来,维捷正在围绕着其核心技术为客户提供一揽子交钥匙解决方案,其中包括自动化解决方案。此外,维捷充分尊重中国的市场特点,根据中国客户的需求,配合客户的发展需要,进行中国服务战略的升级。

维捷(中国)苏州工厂是voxeljet-维捷VX2000系列的全球生产基地。其所有核心零部件均由德国进口,按照严苛的德国标准生产。2020年6月,维捷的大型工业级3D打印机VX2000,在中国苏州工厂顺利下线,并交付给德国客户。展望中国市场,维捷预计十年内中国的铸造行业有相当一部分企业会将3D打印设备用于单件/小批量复杂铸件的的量产。维捷会加大对中国市场的投入,重点推动3D打印技术在量产中的应用。为此,维捷将推进设备和材料的国产化和定制化,快速响应中国市场,为客户带来最优化的产品和服务。

更多信息,请参考3D科学谷发布的《3D打印在铸造领域的价值与应用趋势》白皮书。

l 文章来源:3D科学谷内容团队

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