3D打印汽车零部件工艺链详细探讨【海域广3D】

今天讨论一下3D打印汽车零部件增材制造工艺，目前，已进入大规模工业生产的金属印刷技术主要有电子束粉末床熔炼技术（EBM）和激光粉末床熔炼技术（SLM）。这两项技术处于竞争态势，各有利弊。EBM技术可以提供较高的生产效率，但精度差、表面质量差的零件需要繁琐的后续加工；SLM技术则相反，具有较好的表面质量、较高的零件精度和较少的后加工工艺，但其生产效率一般。然而，随着四激光系统的出现，效率低下的问题得到了很大的改善。汽车工业作为金属印刷的主要应用领域之一，越来越受到人们的重视。本文详细介绍了汽车零部件制造中粉末床熔化技术的全过程链，包括12个部分。

1。竞争性粉末床熔炼技术是传统工业中最具影响力的添加剂制造技术。它可以提供最高程度的设计自由度和灵活性，并具有优良的材料性能。分析粉末床熔化技术的成熟度时，首先要研究的是设备的销售。（3D打印机价格）对粉末床熔炼设备的市场分析表明，自2010年以来，粉末床熔炼设备的销售额增长迅速。设备销售情况表明，粉末床熔炼技术已广泛应用于连续生产和客户对多机设备的需求。基于其众多的制造优势，该技术已成为附加材料制造领域的主流生产技术。与激光打印技术相比，世界范围内电子束打印机制造商的数量极其有限，但电子束设备的需求从未停止过，这是因为它在批量生产方面优于激光打印技术。

2。由于汽车工业对成本、质量和效率的敏感要求，如何确定适合3D打印的零件是一个挑战。这也是基于金属印刷的高成本。目前，只有高附加值、小批量的汽车采用这种工艺。在大型汽车生产中，单个零件的制造遵循成本最低的原则。相对而言，金属印刷最有可能应用于汽车传动系统和悬挂系统。金属印刷如何应用于零件的具体生产？其次，以保时捷尾管制造为例，分析了SLM和EBM技术从设计到印刷到应用的全过程链。

3。优化排气尾管总成是发动机排气系统的可见部分。由于这部分直接反映了发动机的性能，对客户的生产要求很高。通常，总成由不锈钢或钛合金制成。这两块金属是通过焊接连接起来的。由于机械振动和腐蚀，焊接部件往往非常脆弱。在最终设计实现之前，可能会有很多迭代，但处理成本也很高，交付时间超过12个月。此时，可以体现3D打印的优点。（3D打印机价格）它的个性化和自由制造特性可以将排气管部件集成到一个部件中。通过优化管道内壳结构，提高了性能，实现了个性化制造。同时，其快速的制造特点可以在较短的时间内尝试各种设计。如果不优化在设计中很难体现出附加材料制造的优势，但在优化设计中必须考虑到主要部件和周围部件的协调、整体功能和装配步骤。

4。材料性能

4.1粉末床熔Ti6Al4V合金机械性能金属印刷工艺，材料局部熔化形成微熔池，快速冷却形成细晶粒，在印刷和热处理工艺中，在组织内部形成针状马氏体α'、α和α+β相。因此，最终的性能可以得到提高。结果表明，添加材料制备的Ti6Al4V合金远远超出铸造标准，其性能接近锻件。

4.2Ti6Al4V疲劳性能分析车辆在行驶过程中经常受到道路冲击载荷、驱动力和制动力的影响，汽车发动机本身就是振动源，因此汽车零部件会随着时间发生应力应变变化。经过一段时间后，某些零件会出现疲劳损伤、裂纹或断裂。为了使三维打印件具有良好的抗疲劳性能，采用热等静压对打印后的材料进行致密化处理，提高了整体力学性能，达到了锻件107个周期的疲劳极限。（3D打印机价格）同时，为了获得这种优良的抗疲劳性能，如何对复杂的自由表面进行抛光也十分重要。

5。X射线断层扫描X射线断层扫描可以检测内部尺寸小于100微米的缺陷。对于批量生产的零件，使用低到中分辨率检测通常是经济有效的，主要用于内部质量和尺寸精度检测。汽车排气尾管总成的X射线扫描表明，电子束打印零件的电子束成型过程中粉末没有熔化。粉末将被预热到几个百度，周围的粉末将粘在一起形成薄片。采用机械法拆除，采用高速喷射法拆除空心结构。同时，SLM零件的表面质量要好得多。

6。振动磨损和抛光一般需要后处理，以满足功能或光学表面的附加材料零件的表面质量要求。汽车排气尾管零件采用两种表面处理方法。机械磨削可以显著提高尾管零件的表面质量。然而，LBM和EBM部件表面可能存在大量的宏观缺陷。对于批量生产来说，进一步审查设计和优化制造工艺是非常重要的，应尽量避免这种情况的发生。

7。表面粗糙度激光熔覆比电子束熔覆具有更好的表面质量。前者的表面粗糙度一般为10微米左右，而后者的表面通常非常粗糙。即使经过振动研磨和抛光，（3D打印机价格）两者之间仍有间隙。SLM印刷件的最终表面粗糙度可低至1微米。通过对比粉末床熔覆工艺对SLM零件表面粗糙度的影响，发现SLM零件表面粗糙度主要是由粉末颗粒和层合晶粒的粘附造成的。除上述原因外，电子束的表面粗糙度也表明，电子束的电磁干扰很容易形成表面宏观缺陷，不能通过研磨和抛光去除缺陷。通过仔细观察表面轮廓曲线，可以发现磨削和抛光对表面结构的影响。在EBM零件上仍然可以看到深槽和针孔。为了消除这些缺陷，材料必须留有0.1-0.2 mm的加工余量。

8。对于复杂的自由曲面，光学三维扫描和X射线断层扫描是精确测量零件结构最合理的手段。模型变形和材料收缩是影响零件精度的主要因素。汽车尾管零件尺寸误差小于1 mm。尾管的圆形状有助于稳定的成形和最小的变形。

9。热等静压对尺寸精度的影响热等静压工艺是将产品放入密封容器中，在各个方向上对产品施加相同的压力。但如果处理不当，会造成零件变形。如果尾管部件水平放置，变形将超过2.5毫米。载荷的关键部位必须进行热等静压处理，热处理工艺对零件尺寸和性能的影响不容忽视。强调了热处理工艺的重要性。

10。时间和成本问题仍然是影响附加材料制造批量生产的主要障碍。相比之下，在批量生产中，EBM比单激光SLM具有更多的优势，但对于特定的小批量产品，SLM具有更低的成本。（3D打印机价格）下图以汽车排气尾管的制造为例，对制造成本进行了分析。成本结构分析表明，60%以上的制造成本与材料的添加过程有关。从图中还可以看出，在原型和批量制造成本方面，EBM技术都高于SLM。然而，这个数字本身并不能说明EBM的生产效率很低，因为汽车的排气尾管是薄壁结构，体积小，无法显示EBM机器的高生产率。同时，可以看出，四激光SLM系统可以达到较高的生产效率。汽车排气尾管部件批量生产，年成本可降低50%。降低成本主要是因为后处理过程更经济。同时，应注意的是，当通过添加材料制造进行批量生产时，应考虑生产鉴定和质量保证的额外成本。热等静压（HIP）和抛光（PIP）通常需要处理从提交订单到交付的8个零件，这导致交付时间长。当然，合同内容所要求的实际交付时间可能不会太长。制造汽车尾管需要25个工作日。与传统的尾管加工方法相比，加材制造的全过程链仍快几个月。

11。综述了三维打印技术在汽车零部件制造中的应用尚处于起步阶段。传统的粉末床熔炼工艺成本太高，因此在汽车领域的应用只能局限于小批量高性能汽车零部件的生产。EBM技术和多激光熔接系统将大大扩展其应用范围。研究还表明，三维打印在机械和光学要求较高的零件制造中是可行的，具有巨大的应用潜力，节约成本，提高生产效率，加快设计迭代。此外，本研究还揭示了粉末床熔炼技术的优缺点。EBM技术的优势在于大零件的批量生产，不适合单个零件。同时，电子束曝光印刷部件需要更多的后处理程序。SLM技术适用于单个或少量零件的印刷，表面质量优良，满足生产要求。多激光成形系统在批量生产中具有广阔的应用前景。一般来说，增强材料制造技术在汽车制造领域有着广泛的应用。

12。预计传统的粉末床熔炼工艺由于成本高，在工业上的应用受到限制。多激光熔接系统的出现，特别是粉末床粘合工艺的出现，将大大降低成本，提高产量，并将大大拓展应用领域。然而，3D打印部件的制造仍然受到许多其他技术细节的挑战。为了成功应用，汽车制造商必须为其内部和外部供应链提供更广泛的产品规格和认证方法。目前，国内外几乎所有汽车生产企业都注意到3D打印的重要性，并承诺投入大量资金进行应用研发。3D打印技术在汽车制造业的应用才刚刚起步。

济南海域广是国内领先3D打印解决方案服务商，咨询3D打印机价格请致电海域广：0531-62365754。