汽车零部件增材制造工艺链详细探讨

    当前，已经进入大工业生产的金属打印工艺主要有两种—电子束粉末床熔化技术（EBM）与激光粉末床熔化技术（SLM），两种技术一直呈竞争态势存在且各有优缺点。EBM技术可以提供很高的生产效率，但零件精度差、表面质量欠佳，需要繁琐的后续加工；SLM技术正好相反，表面质量较好，零件精度高，后处理工序较少，但其生产效率一般。不过随着四激光系统的出现，效率低下的问题正在得到极大改善。汽车领域作为金属打印的主要应用领域之一，正在受到越来越多的重视，本期笔者详细介绍粉末床熔化技术用于汽车零件制造的整个工艺链，全部内容包含12个部分。

1.金属打印工艺之间的竞争

    粉床熔化技术是对传统产业影响最大的增材制造技术，它可提供最高的设计自由度和灵活性，并且具有优秀的材料属性。在分析粉末床熔化技术的成熟程度时,首先要研究的是设备的销售情况。

图1 粉末床熔化设备市场分析

    2010至今粉末床熔化设备的销量呈现快速增长，设备的销量表明粉末床熔化技术在连续生产中的大量应用以及客户对多机装备的需求，基于其众多的制造优点，该技术已经成为增材制造领域的主流生产技术。

    相较激光打印技术来说，世界范围内电子束打印机厂商数量极其有限，然而电子束设备的需求却从未停止，这归结于其在批量制造方面比激光打印技术更具优势。

2.金属粉末床工艺汽车应用

    由于汽车行业对成本、质量、效率的敏感要求，如何甄别哪些零件适合采用3D打印制造具有一定的挑战性。也是基于金属打印的高成本，目前几乎只有高附加值、小批量的汽车采用了该工艺。而在大规模汽车生产中，单件零件的制造遵循成本最低原则，相对来说，汽车动力传动系统以及悬架系统最可能用到金属打印。

    而金属打印如何应用到零件的具体生产中呢？接下来以保时捷尾管制造为例，剖析SLM与EBM技术从设计到打印直至应用所融合的整个工艺链。

图2 汽车增材制造流程

3.优化设计

    汽车尾管组件是发动机排气系统的可见部分，由于该部位将发动机的性能直接反映给客户，因此制作要求很高。

图3 汽车尾管组件

    通常，该组件由不锈钢或钛合金制成，采用焊接将两片金属连接起来，由于机械震动和腐蚀，焊接部位往往非常脆弱。在达到最终设计之前可能会产生大量迭代，同时也带来高昂的加工成本，交货时间也超过12个月。

    此时3D打印的优势即可体现，其个性化、自由制造的特点可将尾管组件集成为一个零件，通过优化管道内壳结构，提高性能，实现个性化制造。同时，其快速制造的特点可以在更短的时间内尝试多种设计。

    如若脱离优化设计，增材制造的优势就很难显现，但在优化设计时必须考虑零件主体与周围部件的配合、整体功能以及装配步骤。