增材制造（3D打印）技術的出現，成為了多個產業邁入轉型的關鍵推手。以汽車制造為例，一方面，傳統大批量、單一品種的生產制造正在逐步向更柔性、更短開發周期的方向靠近，另一方面，面向高性能組件、“環保”驅動系統的加工也因此能夠輕松駕馭。
量產！粘結劑噴射3D打印突破鋁材加工限制
在過去，以激光光源為核心的3D打印工藝曾為福特汽車（Ford）制造出很棒的零件，但支撐架構（以及需要通過后續步驟來去除這些架構）亦給他們帶來了很大挑戰，生產效率也不盡如人意。
不過，粘結劑噴射3D打印卻為福特F150皮卡零部件的量產帶來福音，其成功之道在于鋁合金以及激光粉末床熔融（LPBF）的完美配合?粘結劑噴射生產的可重復性以及應用燒結3D打印技術處理頗具挑戰性的鋁材6061。這也是福特公司與粘結劑噴射技術供應商ExOne公司的工程師及材料科學家共同合作所取得的突破。
■采用粘合劑噴射燒結鋁材6061（來源：ExOne公司）
在過去，采用粘合劑噴射鋁材是一項不可能的任務，但福特和金屬3D打印機全球領導者ExOne公司已經率先成功實現了粘合劑噴射燒結鋁材6061。之前ExOne公司就在其材料路線圖中部署了鋁材開發項目，后來公司與福特達成一致意見，重新繪制路線圖，以加快這種材料的研發。
據介紹，整個研發持續了約一年半的時間。在此期間，福特組織了一個全力專注此項目的團隊。這項技術的研發是遠超3D打印范圍的，因為粘合劑噴射成功后還需要進行后處理步驟。固化和燒結是決定零部件最終性能的關鍵工序。
“這就是我們目前看到的一項堪稱行業里程碑的技術成果?全球范圍首次通過粘結劑噴射鋁合金進行3D打印量產。截至目前，應用此技術量產的首個零部件仍在開發中。”福特汽車公司增材制造技術負責人HaroldSears如是說，“高速的3D打印鋁材技術為我們現在剛開始關注的其他商業領域鋪平了道路，因為我們可以制造復雜的鋁件了。這在以前是不可能的，它必將帶來其他商機。”
ExOne公司首席執行官JohnHartner隨后表示：“利用傳統材料性能，開發一種快速、經濟、簡便的3D打印鋁材工藝，是實現更多產品輕量化以及實現更可持續未來的關鍵一步。”
可以預見，增材制造某款零部件的試制階段已經過去，其現在正邁向量產階段。在這樣的趨勢影響下，整車制造商們與裝備制造商、材料以及工藝供應商的深入合作有待獲得更進一步的聯合。
由于導體、工藝和幾何形狀必須匹配，因此傳統繞組往往受到限制并且難以完美。現在，借助新的3D打印繞組和線圈，Additive Drives工程團隊能夠通過在設計和工程方面優秀的“重新思考”來提高電動機（以及電動汽車）的效率——將電動機提升到一個新的水平。
“雖然電動機可能看起來很基本，但內部有很多部分在起作用，包括熱力學、結構力學和電磁學，其設計必須緊湊，甚至‘優雅’考慮，因為工作空間很小，所以會導致重新設計工程和部件的放置。”Additive Drives董事總經理Jakob Jung說。
面向更環保的發動機，馬勒開設增材制造中心
汽車制造中嘗試增材制造在近些年尤為盛行，汽車零部件供應商馬勒公司（MahleGmbH）就在2020年與保時捷（Porsche）、通快（TRUMPF）合作開展了一個項目，從而在增材制造領域聲名鵲起。該項目使用激光金屬熔融技術（LMD）為保時捷911GT2RS高性能跑車生產鋁合金活塞。
據介紹，馬勒使用衍生式設計工藝開發了這種活塞，使用與傳統工藝相同的專用鋁合金材料，制造出的活塞比傳統鑄造工藝制成的活塞減重約20%。保時捷在911GT2TS賽車的引擎上安裝了6個活塞，并讓它運行了200個小時，其中135小時處于滿負荷狀態。
■保時捷911 GT2 RS用激光金屬熔合技術制造了活塞（來源：馬勒）
顯然，測試結果令人滿意，正如保時捷項目經理FrankIckinger所說，“從技術角度來說，這為我們開啟了新篇章，為設計和生產找到了新的可能性。”
需要說明的是，盡管在保時捷活塞應用上取得了成功，但馬勒的工作重點并不是該公司的發動機系統和零部件運營，而是熱管理、機電一體化和電子技術。這在他們隨后開設的增材制造中心設立的目標上相一致?該增材制造中心在馬勒位于德國斯圖加特的總部，廠房占地面積約500平方米，目前有一臺SLMSolutions280，其工作行程為280×280×365mm。材料方面，工廠正在使用的是V2A和V4A鋼以及鋁合金。在人員配套方面，來自各個部門的專家團隊，特別是模擬和材料專家將陸續進駐。據悉，該增材制造中心將支持熱管理、機電一體化和電子技術的發展，以生產“更環保的發動機”。
馬勒公司董事會主席兼首席財務官MichaelFrick表示，“對于汽車制造行業而言，新系統和新部件的開發速度必須比幾年前快得多，尤其是在涉及二氧化碳減排和驅動系統的解決方案時。有了新的3D打印中心，馬勒再一次加快了在戰略領域的步伐?例如在電動汽車領域。”
目前，新中心正在開發流程，使3D打印這項技術能夠基于汽車行業的嚴格標準進行工業系列生產。這為產品開發和制造帶來了全新的可能性，因為這些工藝可以用于生產傳統工藝無法制造的高性能組件。
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