2021年國(guó)際汽聯(lián)認(rèn)可的3D打印金屬材料清單

來(lái)源：3D打印技術(shù)參考

當(dāng)前，國(guó)際汽聯(lián)新批準(zhǔn)了兩種可用于2021賽季3D打印的高性能鋁合金：A6061-RAM1和A2024-RAM2。這兩種材料都具有較高的比強(qiáng)度，可以為汽車(chē)節(jié)省更多重量。同時(shí)還批準(zhǔn)了其他幾種3D打印金屬材料，包括Inconel 625、鈷鉻合金以及其他牌號(hào)的鈦合金和鋼材料。

截至目前，被國(guó)際汽聯(lián)批準(zhǔn)的3D打印金屬材料包括：

鋁合金：AlSi10Mg，AlSi7Mg，Al Cl-30AL

顆粒增強(qiáng)鋁合金：A20X，2024-RAM2、6061-RAM2

鋁鎂合金：Scalmalloy

鈦合金：1級(jí)，2級(jí)，Ti6Al4V，Ti5553，Ti6242。

鋼合金：316，304，MS1，15-5PH，17-4PH，300M，4140。

高溫合金：Inconel 625，Inconel 718，鈷鉻合金。

不含鈹?shù)你~合金。

關(guān)于3D打印高強(qiáng)鋁合金的種類(lèi)，可以查看《當(dāng)前國(guó)內(nèi)外3D打印高強(qiáng)鋁合金種類(lèi)、性能信息匯總》；

關(guān)于鈦合金Ti5553、Ti6242，可以查看《可替代Ti6Al4V | 航空航天結(jié)構(gòu)應(yīng)用和增材制造工藝的極佳候選材料》；

關(guān)于鋁合金3D打印存在的問(wèn)題，可查看《鋁合金在增材制造應(yīng)用過(guò)程中的主要局限性和缺陷類(lèi)型》。

其他材料問(wèn)題，查看延伸閱讀。

無(wú)法忽視3D打印技術(shù)的細(xì)分領(lǐng)域

一級(jí)方程式賽車(chē)是國(guó)際汽車(chē)聯(lián)合會(huì) (FIA) 認(rèn)可的最高級(jí)別的賽車(chē)，這意味著 F1 賽車(chē)是世界上最快的公路賽道賽車(chē)，能夠達(dá)到 370 公里/小時(shí)（230 英里/小時(shí)）。要讓汽車(chē)跑得這么快，需要大量的工程設(shè)計(jì)，每個(gè)F1車(chē)隊(duì)都使用尖端技術(shù)來(lái)保持競(jìng)爭(zhēng)力，3D打印是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

輕巧且符合空氣動(dòng)力學(xué)，是達(dá)到保證速度的重要因素，這是3D 打印技術(shù)最為擅長(zhǎng)的兩件事。工程師在火箭和戰(zhàn)斗機(jī)上采用 3D 打印的原因與 F1 團(tuán)隊(duì)使用該技術(shù)的原因相同：減輕重量和設(shè)計(jì)自由。不僅外部零件需要符合要求以減少阻力，而且 F1 賽車(chē)對(duì)于它能實(shí)現(xiàn)的馬力來(lái)說(shuō)顯得體型非常小，因此所有內(nèi)部零件都必須占用盡可能小的空間。許多組件必須相互嵌套，并且必須設(shè)計(jì)為能夠適合任何可用空間，因此沒(méi)有比 3D 打印更好的方法來(lái)制造此類(lèi)零件。

阿爾法·羅密歐

此外，F(xiàn)1車(chē)隊(duì)基本上每年都會(huì)制造新車(chē)。每年重新制造同一輛車(chē)已經(jīng)非常困難，而且這涉及到研發(fā)改進(jìn)、測(cè)試、檢查和練習(xí)時(shí)間。很明顯，如果車(chē)隊(duì)不依賴(lài)3D打印個(gè)性化、快速無(wú)模制造的特點(diǎn)，將難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)零件的迭代。

在2020賽季，阿爾法羅密歐車(chē)隊(duì)“C39”配備了143個(gè)3D打印零件，分別為58件鈦合金、19件高性能鋁合金以及66件普通鋁合金，類(lèi)型涵蓋底盤(pán)插件、冷卻回路管道、安全結(jié)構(gòu)、輕型整流罩以及其他車(chē)身零件等。使用3D打印生產(chǎn)這些零件將汽車(chē)的重量減少了至少2％，這對(duì)F1賽車(chē)的性能而言意義重大。

阿爾法·羅密歐C39和C41上的3D打印材料和零件數(shù)量

為進(jìn)一步提升賽車(chē)性能，阿爾法 羅密歐進(jìn)一步增加了2021賽季新款賽車(chē)C41中3D打印零件使用量，達(dá)到304個(gè)。其中AlSi10Mg、Scalmalloy超級(jí)合金、Ti64和不銹鋼零件的比例分別為40％、36％、22％和2％，這些不同材料的零件分布在賽車(chē)中的不同位置，使得C41上面的3D打印零件的總重達(dá)到14860g，相比C39的13140g稍重。

3D打印的賽車(chē)管道蓋（圖片來(lái)源：阿爾法羅密歐賽車(chē)）

汽車(chē)制造商已經(jīng)越來(lái)越多地將拓?fù)鋬?yōu)化和衍生式設(shè)計(jì)作為開(kāi)發(fā)具有最終用途應(yīng)用的3D可打印部件的一種手段。

2021賽季納斯卡杯賽，STEWART-HAAS賽車(chē)也采用3D打印減輕重量、提高性能。Stewart-Haas與Autodesk合作，成功使用Fusion 360衍生式設(shè)計(jì)軟件，使制動(dòng)踏板重量減輕了32%，同時(shí)提高了剛度和整體安全性。通過(guò)雷尼紹RenAM 500Q系統(tǒng)3D打印，改進(jìn)后的踏板已安裝在Cole Custer的 750 bhp福特野馬上。

在去年，F(xiàn)raunhofer IAPT與菲亞特合作，將其一輛跑車(chē)的12個(gè)部件整合到一個(gè)3D打印的懸架部件中，重量比原始部件減輕了36%。

Stewart-Haas與Autodesk合作3D打印的制動(dòng)踏板

菲亞特將跑車(chē)的12個(gè)部件整合到一個(gè)3D打印的懸架部件中

保時(shí)捷3D打印的鋁合金活塞

同樣的，保時(shí)捷還與通快和馬勒合作，為其旗艦911超級(jí)跑車(chē)3D打印了升級(jí)后的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。使用AI主導(dǎo)的設(shè)計(jì)方法，制造商已經(jīng)能夠?qū)⒗鋮s管道集成到實(shí)驗(yàn)活塞的“冠部”中，一旦安裝，就可以有效地為車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)增加30馬力。

在剎車(chē)制動(dòng)方面，過(guò)去幾年已經(jīng)有幾家汽車(chē)公司考慮采用3D打印制造相關(guān)部件。2019年7月，英國(guó)公司Carbon Performance使用其專(zhuān)有的平臺(tái)，3D打印了剎車(chē)卡鉗；此后不久，布加迪成功對(duì)其3D打印的制動(dòng)卡鉗進(jìn)行了成功演示。

END

從國(guó)際汽聯(lián)公布的3D打印金屬材料清單可以看出，有很多材料并不是當(dāng)前主流使用的3D打印材料，很多屬于并未得到充分驗(yàn)證的新開(kāi)發(fā)材料。因此也可以看出該領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)以及新材料的需求程度。如文中指出，航空航天和汽車(chē)領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)具有共同的需求，復(fù)雜零件制造、輕量化、小批量快速生產(chǎn)。當(dāng)一個(gè)領(lǐng)域深刻認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)，你會(huì)認(rèn)為，3D打印技術(shù)，真香。