重新設(shè)計(jì)：利用增材制造升級(jí)汽車工具

來(lái)源：Materialise 瑪瑞斯


增材制造（AM）的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)就是其在設(shè)計(jì)方面的靈活性，這使我們能夠以新方式反思現(xiàn)有的工藝設(shè)計(jì)。舉例來(lái)說(shuō)，汽車工業(yè)中的層壓工具的作用是將材料粘附在汽車內(nèi)飾上，這一粘貼材料的過(guò)程被稱為懸垂成型。在Materialise的設(shè)計(jì)師和工程師認(rèn)識(shí)到該工藝的缺陷后，他們?cè)噲D用AM技術(shù)重新設(shè)計(jì)該工具。

• 挑 戰(zhàn)：消除使用傳統(tǒng)方法制造的工具所帶來(lái)的問(wèn)題
• 解決方案：用增材制造技術(shù)重新設(shè)計(jì)
• 結(jié) 果：使用3D打印技術(shù)，得到了一個(gè)性能更強(qiáng)、更輕便且更便宜的零件
  

消除傳統(tǒng)方法制造的工具所帶來(lái)的問(wèn)題

對(duì)于將AM應(yīng)用于汽車行業(yè)這一技術(shù)，Materialise金屬能力中心的專家們已經(jīng)非常熟悉。他們一直在用AM技術(shù)反思舊工藝。該團(tuán)隊(duì)就是這樣在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)經(jīng)常導(dǎo)致矛盾、時(shí)間浪費(fèi)和廢料過(guò)多的問(wèn)題點(diǎn)——垂線成型。

一般來(lái)說(shuō)，這種工藝會(huì)使用到帶有加熱和冷卻通道的金屬工具，來(lái)將皮革等材料粘在汽車內(nèi)部的某個(gè)區(qū)域，比如門(mén)板上。由于該工具是通過(guò)銑削固體金屬塊制成的，此通道只能在直線上鉆孔，這就限制了此工具的設(shè)計(jì)可能性。因此，這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長(zhǎng)、加熱不連貫、膠水?dāng)U散等問(wèn)題，使得時(shí)間和材料都浪費(fèi)良多，而且生產(chǎn)結(jié)果也達(dá)不到行業(yè)要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

利用增材制造工具重新設(shè)計(jì)
當(dāng)設(shè)計(jì)與工程團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題時(shí)，他們立即意識(shí)到增材制造技術(shù)可以幫助他們提升工具的性能——同時(shí)還允許他們繼續(xù)使用鋁來(lái)應(yīng)對(duì)溫度限制和壓力限制。

我們?yōu)樵霾闹圃熘匦略O(shè)計(jì)零件不僅僅是為了改進(jìn)原始設(shè)計(jì)，而是希望能夠使用創(chuàng)新的方法來(lái)賦予工具新的活力。我們?cè)鯓幽軌蛲ㄟ^(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使零件效果超出預(yù)期呢？3D打印的設(shè)計(jì)靈活性使我們能夠做到這一點(diǎn)。所以，我們不會(huì)止步于‘還可以’。

——Materialise的設(shè)計(jì)工程師Tim Hermanski

▲  3D打印的層壓工具的通道

在為增材制造重新設(shè)計(jì)零件時(shí)，對(duì)于3D打印設(shè)計(jì)的方法和應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)擁有深刻的理解是至關(guān)重要的。Materialise金屬能力中心擁有最合適的團(tuán)隊(duì)，因?yàn)樵撝行膿碛蠥M軟件、生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)。有了這些專業(yè)知識(shí)和Materialise軟件來(lái)簡(jiǎn)化流程，該團(tuán)隊(duì)使用AM思維對(duì)零件進(jìn)行了全面的反思。

性能更強(qiáng)、更輕便、更便宜的3D打印零件
在Materialise的團(tuán)隊(duì)和金屬AM綜合性能的幫助下，此零件的二次設(shè)計(jì)比原來(lái)的設(shè)計(jì)多出許多優(yōu)勢(shì)。

▲ 3D打印的層壓工具

首先，優(yōu)化后的通道性能提升了50%。團(tuán)隊(duì)將通道設(shè)計(jì)得更靠近表面，以確保加熱和冷卻的均勻和快速。如上所述，最初設(shè)計(jì)的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是在這一步驟中不能保持一致，所以改進(jìn)后的流動(dòng)（flow）對(duì)于減少?gòu)U料幫助很大。

▲  加熱后的AM零件的熱圖像

靈活的設(shè)計(jì)帶來(lái)的另一個(gè)好處是，該團(tuán)隊(duì)可以將兩個(gè)零件合二為一，從而使零件的質(zhì)量減少51%。銑削技術(shù)只能生產(chǎn)筆直的通道，而AM技術(shù)能夠使用最少的材料，設(shè)計(jì)生產(chǎn)更多形狀的通道。更輕便的零件制造成本也更低，對(duì)操作員來(lái)說(shuō)也更容易處理。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步優(yōu)化了零件，使零件無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，減少了材料成本和后期處理所需的時(shí)間和精力。