弗劳恩霍夫使用3D打印技术将汽车零件成本降低80%
弗劳恩霍夫增材生产技术研究所 (IAPT) 展示了3D打印如何通过重新设计豪华跑车的车门铰链来提高技术性能和制造成本。
在零件重新设计项目中，IAPT 的工程师优化了从门铰链的几何形状到构建方向和工艺参数的所有内容，以最大限度地节省成本和减轻重量。
最终，这项工作旨在阐明影响3D打印零件成本的不那么明显的因素，而不仅仅是组件本身的几何形状。
据 IAPT 称，该项目的结果预示着汽车行业的批量生产是个好兆头，3D打印越来越多地用于日常运营。
3D打印的车门铰链
简化汽车生产
汽车行业是多年来采用增材制造的众多行业之一，将该技术用于各种应用。然而，迄今为止，许多用例仅限于小批量，因为 3D 打印还不能提供传统汽车生产技术的吞吐量——不能同时保持每个零件的低成本。因此，Fraunhofer 项目可能表明，该技术作为一个整体目前在汽车领域未得到充分利用，大批量的批量生产应用仍处于起步阶段。
第一个已建立的用例是快速原型设计，因为新车型的研发阶段可能需要长达五年的时间。在研发过程中，不可避免地会开发和测试几个零件原型，这意味着需要以最短的交货时间进行快速设计迭代：这是增材制造的主要卖点之一。
汽车制造商也在使用3D打印制造工具，例如夹具和固定装置，以帮助生产和组装工作流程。甚至在曾经铸造但现在已经过时的售后零件中也有潜在的应用。3D 打印的动态和灵活特性使零件供应商能够按需打印，完全消除了对物理组件库存的需求。
3D打印的门铰链
在开始任何设计工作之前，弗劳恩霍夫工程师使用由 IAPT 衍生产品 3D Spark 开发的零件筛选软件来确定适合演示研究的汽车部件。
在项目的早期阶段，团队首先确定了构建室中组件的最具成本效益的方向。工程师考虑了必要的支撑结构，以及它们可以装入单个构建中的部件数量。与没有此类考虑的 3D 打印构建相比，此初始方向优化步骤可节省15%的成本。
接下来是铰链臂本身的拓扑优化。通过去除不必要的材料并仅加强模拟力流所需的零件部分，工程师能够将铰链臂的重量减轻 35%。随后的材料节省和更短的打印时间进一步节省了 20% 的成本。
Fraunhofer 团队还计算了与减少后处理（通过减少支撑结构）和为工作选择最佳金属粉末材料相关的额外成本节约：每种节约 10%。
有趣的是，该研究发现，即使是3D打印过程中使用的构建参数也有助于潜在的成本节约。例如，更厚的层、更快的扫描速度和激光束轮廓的变形都有助于缩短构建时间，将打印成本再降低 15%。
最终，这种以成本为中心的设计方法使 IAPT 工程师能够 3D 打印铰链，与没有相同优化的 3D 打印对应物相比，成本降低了 80%。与 CNC 铣削的同类产品相比，该项目的成本和重量分别节省了 50% 和 35%。