3D打印冷卻劑分配器，3D打印站在“上風(fēng)口”的典型應(yīng)用

4月2日，據(jù)外媒報(bào)道，作為“CustoMat_3D”研究項(xiàng)目的一部分，EDAG集團(tuán)與八家合作伙伴聯(lián)手開(kāi)發(fā)出一種可應(yīng)用于汽車(chē)的鋁合金。這種合金的強(qiáng)度更高，而且斷裂伸長(zhǎng)率更大。后者非常重要，特別是在發(fā)生碰撞的情況下。

新研究強(qiáng)調(diào)，目前，AM型鋁合金不能滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)的高要求，如碰撞試驗(yàn)性能。并且，EDAG認(rèn)為，現(xiàn)下的工藝設(shè)計(jì)只考慮到高強(qiáng)度非延展性材料參數(shù)。

過(guò)去三年，EDAG著眼于整個(gè)過(guò)程鏈，包括粉末制造、仿真和部件開(kāi)發(fā)。萊布尼茨材料工程研究所（Leibniz Institute for Materials Engineering）和全球特種材料公司Kymera International，負(fù)責(zé)合金定義和粉末制造。弗勞恩霍夫應(yīng)用高分子研究所（Fraunhofer IAPT）、GE Additive和FKM Sintertechnik GmbH，負(fù)責(zé)粉末基激光束焊接（LBM）的加工和工藝開(kāi)發(fā)。Fraunhofer ITWM和MAGMA Giessereitechnologie GmbH，對(duì)焊接材料的快速冷卻過(guò)程進(jìn)行了模擬研究。梅賽德斯-奔馳和EDAG Engineering GmbH公司負(fù)責(zé)性能演示，并得到工程軟件供應(yīng)商 Altair Engineering公司的支持。通過(guò)綜合方法，實(shí)現(xiàn)增材量產(chǎn)。這種合金可用于制造重量顯著減輕的汽車(chē)零部件。

在實(shí)驗(yàn)室階段，研究人員起初對(duì)各類(lèi)合金進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)不同的激光束焊接系統(tǒng)，有可能成功找到最有前途的合金。這種合金的特別之處在于其功能多樣性：通過(guò)一種合金提供多種性能。利用下游加熱處理方式，可以靈活實(shí)現(xiàn)這些性能。根據(jù)傳遞的材料值，生成材料卡片，并使用Altair Opti OptiStruct軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以減少等功率部件的重量。其中特殊之處在于，可以考慮對(duì)增材生產(chǎn)工藝和組件對(duì)齊的要求。

選擇汽車(chē)不同部位的零件，不論是動(dòng)態(tài)承重車(chē)輪載體，還是傳動(dòng)箱區(qū)域?qū)偠纫筝^高的復(fù)雜構(gòu)件，都有可能實(shí)現(xiàn)有效減重。有些可減重超過(guò)預(yù)期值30%。基于增材生產(chǎn)工藝，該零件可通過(guò)負(fù)載級(jí)模型，適應(yīng)相關(guān)車(chē)輛的要求。

此外，研究人員利用最新開(kāi)發(fā)的材料，對(duì)激光沉積焊接和粘接技術(shù)等混合工藝，進(jìn)行了研究。在模擬過(guò)程中，通過(guò)宏觀模擬零件中的代表性元素，引導(dǎo)粉末的微觀過(guò)程。利用這種方式，可以顯著縮短計(jì)算時(shí)間。因此，能使殘余應(yīng)力和延遲在生產(chǎn)前可視并最小化。

新開(kāi)發(fā)的CustAlloy?品牌合金，將在幾個(gè)月后正式上市。由于應(yīng)用廣泛，而且受益于防腐處理和粘接技術(shù)，這種合金符合汽車(chē)工業(yè)的許多其他要求，可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。新合金的生產(chǎn)過(guò)程和模擬測(cè)試方法，為專(zhuān)家提供了有利工具，幫助減少汽車(chē)重量，并且在大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中使用3D打印技術(shù)。

3D打印站在“上風(fēng)口”的典型應(yīng)用

3D打印的冷卻劑分配器的任務(wù)是有效地消散快速充電過(guò)程和負(fù)載循環(huán)期間產(chǎn)生的熱量。根據(jù)產(chǎn)生的熱量，各個(gè)電池模塊由集成的閥門(mén)控制器通過(guò)各種冷卻回路主動(dòng)控制，并根據(jù)需要進(jìn)行冷卻。借助西門(mén)子的Siemens CFD拓?fù)鋬?yōu)化軟件，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，冷卻劑分配器將壓力損失減少了22％。

3D打印冷卻劑分配器

由于產(chǎn)品性能獲得的明顯提升，這款冷卻劑分配器如同GE所規(guī)模生產(chǎn)的噴油嘴一樣，面臨著產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需求。將惠普的工業(yè)級(jí)HP Jet Fusion 5200 3D打印設(shè)備集成到西門(mén)子的數(shù)字企業(yè)解決方案中，可以比以前更快，更經(jīng)濟(jì)，更可持續(xù)地生產(chǎn)這種冷卻劑分配器。而基于高達(dá)30萬(wàn)件的規(guī)?；a(chǎn)概念證明了在批量生產(chǎn)中通過(guò)3D打印制造零部件的經(jīng)濟(jì)可行性。

很多時(shí)候，企業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)從1到n的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，是因?yàn)橄萑肓讼嘛L(fēng)口的僵局。而想要從“下風(fēng)口”轉(zhuǎn)移到“上風(fēng)口”是充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的，僅僅從對(duì)公司實(shí)力的要求上看，這兩個(gè)風(fēng)口對(duì)公司實(shí)力和人才水平的要求差距很大。

就專(zhuān)注于研發(fā)設(shè)備與材料的3D打印領(lǐng)域廠家來(lái)說(shuō)，很難依靠自身的實(shí)力引領(lǐng)其用戶(hù)從“下風(fēng)口”轉(zhuǎn)移到“上風(fēng)口”。而依靠用戶(hù)自身對(duì)3D打印的了解，更難下定轉(zhuǎn)型的決心，這其中除了像GE， 西門(mén)子這樣產(chǎn)業(yè)鏈健全的應(yīng)用型企業(yè)可以主動(dòng)實(shí)現(xiàn)制造轉(zhuǎn)型之外，在還會(huì)觸及到動(dòng)一發(fā)而牽全身的供應(yīng)鏈的重新改造，技術(shù)的挑戰(zhàn)、原有固定資產(chǎn)的投入或歸零、人才的重新培訓(xùn)需求，各種“大山”使得當(dāng)前的3D打印應(yīng)用從下風(fēng)口轉(zhuǎn)移到上風(fēng)口的路途舉步維艱。

在這方面，EDAG做了很好的示范，EDAG是一家在汽車(chē)制造商背后的全力以赴、專(zhuān)門(mén)致力于開(kāi)發(fā)3D打印汽車(chē)技術(shù)的工程公司。EDAG不僅探索如何創(chuàng)建通過(guò)傳統(tǒng)制造工藝難以實(shí)現(xiàn)的零件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)從0到1的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)工作，還積極的探索從1到n的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑。就在2019年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)期間，西門(mén)子與EDAG還宣布了加強(qiáng)合作的計(jì)劃。一個(gè)典型的產(chǎn)品是“Next Gen Space frame 2.0”智能模塊化系統(tǒng)。這是EDAG和西門(mén)子以及Constellium，F(xiàn)raunhofer IAPT，Concept Laser和BLM共同完成的輕質(zhì)鋁合金結(jié)構(gòu)。

“Next Generation Space Frame 2.0”智能模塊化系統(tǒng)結(jié)合了仿生力學(xué)設(shè)計(jì)和增材制造節(jié)點(diǎn)以及高強(qiáng)度，吸收能量的鋁合金擠壓型材。該概念提供極其靈活的制造解決方案，使其能夠支持越來(lái)越多的交通產(chǎn)品，同時(shí)仍考慮經(jīng)濟(jì)因素。

EDAG工程公司在生產(chǎn)過(guò)程領(lǐng)域提供的專(zhuān)業(yè)知識(shí)為合作做出了重大貢獻(xiàn)。已經(jīng)創(chuàng)建了量身定制的未來(lái)工廠概念，使得為增材制造開(kāi)發(fā)的組件也能夠以更大批量生產(chǎn)并轉(zhuǎn)移到實(shí)際的批量生產(chǎn)中。

另一個(gè)經(jīng)典的案例是EDAG工程發(fā)起的一個(gè)3D打印輕量化汽車(chē)引擎蓋鉸鏈的設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目-LightHinge+ 。在這個(gè)輕量化鉸鏈的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，EDAG 公司與其合作伙伴一起，通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、仿真分析、3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)與制造了一個(gè)3D打印汽車(chē)引擎蓋鉸鏈，鉸鏈在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)，兼顧到了汽車(chē)制造業(yè)對(duì)安全穩(wěn)定性的需求。通過(guò)仿真分析，項(xiàng)目組對(duì)該鉸鏈的3D打印預(yù)期進(jìn)行了有效控制。

汽車(chē)輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)節(jié)能減排的重要途徑，已成為汽車(chē)發(fā)展的潮流。3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)零件方面，給予了設(shè)計(jì)師更廣闊的設(shè)計(jì)空間。而EDAG正與其合作伙伴一起在引領(lǐng)3D打印應(yīng)用于汽車(chē)輕量化的新技術(shù)潮流。

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