3D打印进入汽车制造 中国一汽部分零件实现量产装车
操作台上,工作人员将一组汽车零部件的数字模型参数输入系统。指令下达,设备舱门关闭,铺粉装置缓缓移动,激光束按照预设路径扫描金属粉末,一层层完成材料熔融与成形,数小时后,一个结构复杂的金属零件在粉末床中成形。传统开模要90天,现在10天就能拿到样件。9月23日,中国一汽研发总院试制工艺工程师郑敬超站在设备旁介绍,设计改了,改数字模型就行,不用重新开模。
最直接的变化是快
这是中国一汽增材制造创新中心的日常场景。作为国内首个以汽车应用为核心的增材制造创新平台,中国一汽自2019年开始引入增材制造设备,2022年进入规模化扩张阶段,目前已形成涵盖金属、非金属8种主流工艺、43台工业级设备的制造体系,年打印零件能力约1.9万件。郑敬超介绍,增材制造目前已从研发样件制作延伸至部分零部件量产装车。
与传统铸造、冲压、机加工不同,增材制造根据数字模型逐层增加材料,可以减少传统制造对模具、分型面、拔模角和刀具路径的限制。对汽车研发而言,最直接的变化是快。以单缸机缸盖为例,传统开模需要约90天,金属3D打印约10天即可完成;设计评审用方向盘、车门护板等零件,利用3D打印替代传统机加手段,生产周期由原来的10至15天缩短到3至5天。郑敬超介绍,整体需求响应周期缩短50%以上。
在研发阶段,3D打印可以快速制作造型评审样件并用于整车功能验证,设计发生变化后,修改数字模型即可再次打印。据介绍,目前研发阶段涉及的零部件类型达数百种,仅内饰部分就有约280种,其中大部分可通过3D打印结合后续包覆工艺实现。
不止于样件 量产装车
3D打印的应用早已不止于样件。在红旗金葵花系列及特种车产品上,立柱护板、侧护板等零件先通过3D打印形成基材,再进行真皮包覆,最终用于量产整车装配。据郑敬超介绍,目前已有多款车型将相关工艺应用于量产,其中部分车型涉及的内外饰零部件种类从46种到73种不等,相关工艺和材料已完成车规级性能验证。
增材制造的优势也体现在复杂结构和小批量产品上。通过结构优化和零件集成一体化设计,原本由52个零件组成的前机舱与副车架系统可整合为4个零件,重量由74公斤降至57.7公斤,系统刚度提升约1.16倍。
成本优势同样明显。以红旗金葵花系列某款车型为例,48种内外饰零件如果采用传统工艺,模具费用超过1400万元(人民币,下同);采用增材制造工艺手段,生命周期内151台产品的整体费用约707万元。据介绍,今年正在推进的3个车型项目,年度合计降本达到3059万元。
不过,3D打印并非要取代传统制造。对于大批量、标准化汽车零件制造,冲压、铸造、注塑等成熟工艺仍具有成本和效率优势。增材制造目前更多应用于复杂结构、研发验证、小批量生产、个性化产品以及长尾备件等场景。
复刻经典车型 逆向再造
汽车零部件能否真正通过3D打印生产,关键不只是设备数量,还涉及设计、材料、工艺、后处理和性能检测等多个环节。目前,中国一汽增材制造创新中心已形成从设计数据评审、研发验证、小批量生产到工装辅具、备件供应的应用链条。对于停产车型,一些难以重新采购的零件,也可以通过数字模型重新制造。
对于停产车型和缺少原始数据的经典车型,逆向工程与3D打印提供了新的修复方式。技术人员可以先对实物进行逆向扫描,获取点云数据,再重建三维模型,完成打印制造和后处理。新中国第一辆轿车东风金龙前标志的复刻就是其中一例。由于原标志为手工雕刻、没有原始数据,技术人员通过逆向扫描获取实物数据,重建可编辑的三维模型,再使用AlSi10Mg铝合金进行金属3D打印,最后通过手工打磨恢复金属质感,整个制造周期约4天。
技术人员还采用逆向扫描结合PolyJet全彩3D打印工艺,直接打印灯罩、侧旗标等13种、64件零件,打印周期约2天,后处理约2天。全彩打印可以在打印过程中实现颜色呈现,减少传统制作中反复调色、喷涂的工序。
从操作台上的粉末中长出来的金属零件,到红旗金葵花量产车型上的内饰护板,再到1958年东风金龙前标志的复刻,3D打印在中国一汽的应用,正在从能不能做走向值不值得做。这个问题的答案,决定的不只是一台设备的开机率,更是中国汽车制造未来的一条新路径。(府右新闻首席记者张朝登)