从原型设计到模具开发,增材制造似乎在汽车生产领域的应用越来越广泛虽然汽车业竭尽全力开发更加经济的发动机或空气动力车身,但是保持汽车性能效率的一个最基本决定因素却依然存在,即润滑剂要在所有活动的零部件上使用。在这个方面的重要领域就是动力传动系统和车轮之间的界面 — 即车轴总成的内部。
外观检验仍然证实润滑剂分布是否一致高效的基本检测程序。多年来,该技术一直是在测试车轴套上打洞,然后用透明物质填充,,这样就可以在车轴经过测试序列时,看清测力计。但是这个程序还受到一个抑制因素的影响,就是在搅动多运动时,液体就会变得混着,结果就很难判定润滑剂流到零部件的什么部位。
透明化运作
FCA铸造工程师Tom Sorovetz对这种现象已经见怪不怪了。他目前在密歇根克莱斯勒技术中心工作,“我们已经习惯用语手电筒来看清情况,但是我们几乎什么都看不着。”这种程序已经成为过去式,正如Sorovetz解释的,FCA已经开发了一个增材制造方法,可以有效地解决这个问题。
这个方法就是制造大尺寸、透明的轴套传真机,强度足以经受真正的车轴装配测试。他说,“所有其他的零部件都是金属原型或小批量生产。”因此,就可以看清润滑剂的流动 — 更重要是可以制造如何分布的 — 因为车轴在测试顺序中,不仅要看清运行,而且还在侧边纵向扭转,模仿在坡路和拐角开车的情形。他说,“我们不需要什么额外照明就可以看清。我们所要测试的就是在任何时候,任何部位都有润滑剂的分布情况。”
Sorovetz说,这个种方法要追溯到2009年,已经用于开发6轴系列;之后一直在改善,可靠性达到现在的程度。他还说,这个领域的工程师要学会在最短的时间内完成测试顺序,以避免产生额外的热量累计,避免降低增材制造零部件的质量。
FCA利用最原始的增材制造技术 — 立体平版印刷,利用一个激光束“治疗”连续几层的树脂来制造工件。CTC团队使用SLA 7000机械。
强硬的树脂
Sorovetz强调的一个重要技术就是树脂,即DSM SOMOS 11120。这种材料非常坚固,测试流程中完全可以使用这种材料模拟极端的性能,其中包括高车轴转速。他说,“我们可以模拟道路上140mph速度”,通常测试循环会持续20-30分钟。一个新的车轴开发项目需要3个循环。
测试中使用的SLA模型完整地生产出来,大约14x12x10英寸大小。确切地说,12个小时就可以完成制造,因此如果必要的话,1天之内就可以重复完成设计和测试。Sorovetz说,压缩试验和报告顺序方面的另一个重要因素就是,所有的人都在一个地点工作。CTC有14,000名员工,包括7,900名工程师。同时,这里还是FCA在美国的总部。他说,“这里的空间足以让所有的人都在同一间屋子里工作。他们可以近距离观察零部件制造过程,测试过程,以及之后挑选进行测试的过程。”
Sorovetzs说,在动态测试中使用增财制造零部件的方法,现在已经在CTC普及开来。风洞试验是另一个使用该方法的领域。至少在车轴开发项目上,特定的利益量化很难忽视,但是他说,FCA完全认定其价值;现在,该技术的应用已被人为是日常工作。
工具&固定装置
增财制造技术还应用于沃尔沃卡车的生产中,作为一个快速原型工具来检测形式,而零部件的合适度已经被放在第二外了。在沃尔沃公司,该技术用于制造工具与固定装置,在法国里昂发动机厂的生产操作上应用。沃尔沃公司称,该技术极大提高了制造装配工人所需工具的速度与灵活性。
“我们不需要什么额外照明就可以看清。我们所要测试的就是在任何时候,任何部位都有润滑剂分布。”
– Tom Sorovetz, Fiat Chrysler Automobiles
这节约了大量的时间和金钱。沃尔沃公司称,与传统的金属工具相比,生产增材制造工具的前置时间从32天缩到2天 — 降低了94%。这在成本上的节约也是相当可观的 — 增材工具的单件成本是€1/cu.cm ($1.1/cu.cm),而金属工具的成本达到€100/cu.cm。比如人工处理工件的夹持器这样的工具,是通过熔融沉积制造(FDM)方法,使用ABS塑料制造而成。现在,这些工具是利用增材制造技术供应商Stratasys公司提供的Fortus 3D FDM系统制造。比如使用Fortus 250机械,以ABS 430材料制造工具。
Stratasys公司法国与伊比利亚市场部经理Patrick Kieffer说,沃尔沃里昂使用的系统已经运行了近2年,代表了增材技术在制造生产相关设备上的最集中、最成功的应用。到目前为止所制造的产品有夹具、钻模、支架与工具支架。Kieffer称,现在机器每天运转24小时,在使用头3个月里共制造了30种工具。
Kieffer说,增材技术的优点在于应用范围非常广泛。增材制造技术在零部件的几何复杂度上,几乎不受什么限制,可以制造任何工具,而且可以实现人体工学效率最大化。使用塑料材质进行制造的好处在于,质量很轻,而且比金属产品更加易于使用。而且,虽然ABS材料很坚固,可以在苛刻的现场操作中支撑,但在实际生产中却不会造成什么损伤。
Kieffer继续说,有趣的是,增财制造技术最不起眼的一个特点 — 即用完全相同的材料制造不同颜色的零部件 — 事实上却非常有用,因为这可以用于制造不同工种的不同工具。在里昂,颜色用于区别不同汽车品牌的工具 — 黄色是沃尔沃汽车的,红色是雷诺汽车的。
从最基本的层度上将,拥有低成本、几何可变性和快速转变力,意味着这种技术将很自然地应用到高产品并异性的制造环境中 — 这逐渐成为汽车业的特点。他肯定地说,Stratasys公司将在制造廉价但全能工厂工具上,拥有无限的发展空间,尤其是在汽车制造业上。