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叶军祥:3D打印在汽车行业中的应用

  • 2015年11月26日 13:15

武汉萨普汽车科技有限公司技术总监 叶军祥

各位领导,各位专家,大家下午好!我是从外地过来,3D打印目前在全世界比较火,尤其是这两年,包括我们国家从政府都是大力推动3D打印产业的发展,我今天主要是讲3D打印技术在汽车行业的应用,这种3D打印就是工业级的,不是老百姓看到的桌面级别的,这个放在家里面给小孩看看,玩一玩是可以的。
    我分四个部分,把今天的演讲做汇报,第一个部分就是公司讲解,3D打印在目前汽车行业的现状是什么,3D打印的工艺,我们开发比较成熟的工艺跟大家做一个介绍,最后在汽车行业里面的一个应各级展望跟大家汇报一下。我们萨普公司公式空调和3D打印的业务,汽车领域依靠TS16949的流程办事。我们主要是讲3D打印技术应用方面。
    大家看一下这个统计表,数据可能不太准确,他是来源于网络或者是平面媒体,基本上反映一个趋势,就是麻烦3D打印技术在全球里面在汽车领域里面占有32%的比例,我们看一下,这是全球第一辆3D打印可以驾驶的汽车,目前总量555公斤,这个3D打印车跟传统的车有什么样的区别,这是美国一家公司44小时打造的一款跑车,整个车价和车身座椅,中控台,仪表台,发动机盖都是用3D打印完成的,这是兰博基尼的跑车保险杠,方向盘,坐套也是用3D打印技术来实现的。这是一款跑车,他跟前面几种车的不同点,就是用3D打印技术,打印出70个形状复杂的结点,就是通过碳纤维板材联结在一起,肉共手动安装,就是前后30分钟可以完成这个车的底盘安装,底盘重量只有69镑。
    标致公司用3D打印声学内饰,雪铁龙公司也是应用3D打印技术,可以看到一些效果,也是通过处理以后的效果,马丁公司也是用3D打印技术,完成整车的开发,通用公司因为比较雷同,我们后面简单一点,目前是什么呢,市场竞争加剧,产品的生命周期缩短,就是各个整车厂越来越意识到研发速度各成本控制的重要性。一方面是缩短研发周期的压力,一方面是材料,结构,工艺等因素的影响,利用3D打印以其灵活性高,适合复杂形状和结构,适合组合材料,克服传统产业难以克服的状态。就是利用3D打印技术,就是颠覆传统产业。
    汽车仪表盘,顺向,车灯配件,进气歧管等,就是更好的展示产品的物力性能,我们目前利用3D打印技术所有的零部件都是技术这的3D打印技术有一个有时在什么地方呢,就是在产品的研发阶段,就是有自己的独到的优势,在研发阶段。3D打印技术刚才已经讲过,我们今年8月份,李克强总理专门召开的一个讲座,就是先进制造有3D打印,这个题目是李克强总理亲自选定。从13年开始科技部的863计划,将3D打印纳入其中以后,在2014年北京市科委第一个把3D打印技术列为政府重点支持项目以后,其他各省市无一例外就是3D打印技术应用专业化开发过程当中,目前炒得比较列,就是有政府的支持,就是全世界推动3D打印技术的发展,3D打印实现的种类和方式有很多种,但是在在工业里面使用比较好的,就是SLS,FDM,就是汽车领域相当的成熟,也是使用比较好的。
    就是SLS,SLA简单的工艺过程,大家可以看到,目前3D打印成为成型呢,你给我3D打印技术数据就是对你的数据进行结构化处理,因为工艺处理,最后靠3D打印机完成3D打印,就是鼠标这个地方就是机械完成的部分,其他的部分需要人工优先处理,我们经常讲,我们很多企业买3D打印机,他们用不好,还有一个是什么呢,以为我只要有数模,有机器,有材料就是可以加工,不是这样的,每个3D打印流程大同小异,但是一定会有很多的前期的人工干预,人工的设计,最后由机器完成,就是接获后处理的部分,形成一个完美的可以使用的,而不是当成一个摆设的零部件,这个需要人工处理的。我们一直强调,不是3D制造,是3D打印工艺开发,不是简单的3D打印制造。
    我们看一下几种强调,材料的特种比较。SLS,SLA,FDM,SLS就是表面的粗糙度,SLA的精度不错,但是有一个致命的缺点,就是不能耐高温,就是FDM就是民用上面比较高一点,就是精度比较高,就是强化方面比较差,但是在满写工业上面也是可以实现的。我们看一下产业材料的结构,目前材料有尼龙,尼龙+碳纤维,看看这个参数表,工程材料就是ABS相当的接近,有的地方还是有大幅度的超越,就是工业使用比较成熟,工业摆放使用比较成熟的,我们给大家简单介绍一下,最后一种就是SLA的PP,唯独的耐温性就是50-60度的样子。其他方面是挺好的,不同的工艺使用方式,就是不同的优缺点,有一个先天性的不足,这是全世界都没有办法。
    目前3D打印技术在整个汽车行业,不是指企业行车,目前在企业行车里面应用比较好,很多时候不同的3D打印技术结合我们的传统的工艺手段,来实现最终功能键的完成。现阶段就是3D打印技术就是在汽车,竣工,航空,医疗,教育,生物行业的应用越来越管理,我们除了汽车行业,包括军工领域,航空航天,包括医疗也是有一些应用开发,因为今天的汇报是汽车领域,所以,其他部分如果大家有兴趣,我可以给大家聊一下,特别是我们军工领域,医疗领域。就是有3D打印技术,就是完成复杂的手机,就是手术非常好。我们讲讲汽车方面的应用。
    整个3D打印技术就是在汽车开发过程当中,有一些应用的领域,一半就是造型评审,设计验证,复杂的结构件或者是多种材料的符合件,轻量化结构的零部件,个性化的换装件,保有3D打印整车,3D打印整车在目前使用的手段里面,像发动机之类的,目前的3D打印技术不能完成,全世界由尝试打印发动机效果不是很好,就是完全没有推向市场化,其他的件都是可以通过3D打印技术相当接近,或者说等同有超越的地方,就是应用3D打印技术。我们看一下造型评审,每一辆车出来,肯定会涉及到外观评价或者是各种零部件的外观评价,就是图纸设计完以后,马上可以做出零部件,对零部件进行修改,我的想法对不对,马上可以用零件制造出来,然后,对比设计件进行核对,校对。复杂结构零部件,因为我是做了二十多年的空调设计,有的空调上面的一些零件也是相当的复杂,也是可以用3D打印技术直接做出来。
    各种材料复合件,这里是空调的风冷,就是黑色部分就是软边,就是3D打印技术一次成型的,但是现在利用3D打印可以一次性诚信,又软又硬,还是不同的颜色,还可以使用。定制工装,一般都可以使用到,不管如何复杂,只要有数据,你可以日益形状的工装都可以设计出来,你不用考虑他制造完成,不用焊接和拼接,你只要画出来,我就可以做出来,就是工装数据。个性定制,有一次是有一个朋友,他一辆跑马车,他这个车灯撞车了,后来我给他干了一个车灯,后来他方向盘也是提出来一个要求,就是中间这个标志,就是把这个名字刻上去,就是做了一个牌子,可以进行定制化的服务,你有什么想法,我都可以帮你实现。轻量化的结构,就是座椅,油门踏板,镂空的结果,也是难以完成的,就是用3D打印技术轻易地实现它的功能,包括结构。
    我们武汉萨普公司专门致力于3D打印技术的开发,这几年3D打印技术在汽车领域的情况做一个简单的汇报,我们看一下这是汽车行业的应用,这是相当于一般的传统机构,就是精密的连接件,他是在空调领域所有的机构都是可以独立的运动的,就是轨迹局限要求比较高的。像这个领域是一个很大的,这是客车上面的面板,这个面板也是功能件直接可用的,这是仪表盘,这是风道,还有一些出风口,这个医学塑料谁管,就是利用3D打印技术很简单,很轻易地出出来,这是发动机的排气管,这些零件很多,我们简单过一下。我是10月10日参加东风集团的项目坐标,这是一辆没有对外公布的,就是保密的车型,当时有三家企业,三家企业其他两家全部都是用传统的原始办法,因为跟东风合作很多年,实力比较强,就是这么一整套东西,就是2.4×2.4,我们讲完了以后,后面两家直接没有汇报,大家可以想象一下,这是做过处理后,大家可以想象一下这么大的零件,就是2.4×2.4M的零件,就是需要多长时间,大家可以猜想一下,这个零部件只是用了10天的时间,这是我们的一些例子,这是空调件,我们简单浏览一下,这个零部件,是我们的苗部长,他很关心3D打印技术在汽车领域的应用,这个零件不是苗部长点名的,就是用手指头在上面摸一摸,就是沾一下光。我们的发动机水箱散热,像这个零部件,可能看得不是很清楚,打印出来就是装上去之后就可以使用,传统的情况,就是看CNC,你没有模具做不出来。
    右下角这个是膨胀水箱,也是耐问和耐压,打出来就可以使用,左边这个件就是压缩机上面的几个小零件,目前来说这种零件没有太多的对于民用版的开发,因为比较贵,一般都是用钛合金和不锈钢比较多一点,相对来说比较贵一点,目前整个3D打印技术因为在研发阶段有很好的优势,但是不不能传统的现代化的生产手段,这是概念的上面的说明。如果实现规模化,产业化,一定会应用产生的方式,但是我们真正的亮点什么呢,就是研发阶段,就是产品高效快速的研发,3D打印技术有很好的优势。
    今年9月份,10月份,包括11月份,今年在全国很多地方经常做这种类似的汇报,我们碰到不同的部门不同行业的很多人,有很多人对3D打印技术有一种误区,误区是什么呢,就是3D打印就是燃料加工,不是这么简单的,包含和前期大家的基础研究,辅助结构设计,工艺设计,各项技术应用,因为我做了20多年的设计,一直从事汽车领域,我们现在可以知道的是什么呢,用3D打印技术实现设计师的思想可惜实现,我们可以由理想相信,利用3D打印技术实现我的设计理念,肯定会找到利用3D打印技术引领你的设计思想和设计理念,就是会颠倒过来,为什么呢,举一个简单的例子,以前盖房子没有钢筋和混凝土,以前就是木头房子,木头师傅做结构,出现钢筋的时候,钢筋跟混凝技术的时候,我们的房子高度和强度有了颠覆性的变化,一钱不知道钢筋混凝土的时候就是用木头,现在3D打印技术实际应用开发过程当中,你知道3D打印技术,就是有意识和无意识修改你的参数,3D打印达到可以使设计变得很简单,制造变得很容易,反映很快速,成本会降低。我的汇报到此结束,谢谢大家。

(根据现场速记整理,未经本人审阅)

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