當人們從制造的角度看待汽車這一面向消費者的機械產品時，如何實現(xiàn)其零部件的高效、低成本生產總是其中備受關注的話題，而這些制造需求，似乎是當前的增材制造工藝所無法滿足的。但事實上，以更具優(yōu)勢的成本和生產效率量產汽車零部件是具有可行性的，實現(xiàn)這一切皆取決于對增材制造技術的理解，以及對增材制造工藝優(yōu)化和設計優(yōu)化的駕馭能力。

從設計優(yōu)化和工藝優(yōu)化出發(fā)提高產能

    英國Betatype開發(fā)了適合通過增材制造技術生產的汽車LED大燈散熱器，并通過粉末床選區(qū)激光熔融設備實現(xiàn)了批量生產。

針對粉末床金屬熔融工藝再設計的汽車LED大燈散熱器，與大燈配件相兼容，圖片來源：Betatype

      Betatype分別對單激光器3D打印設備和多激光器3D打印設備生產這款散熱器的成本和時間進行了測算。單激光器3D打印設備，例如雷尼紹RenAM 500M ，制造這款散熱器的生產時間為約30小時，一次打印中可制造的3D打印散熱器數(shù)量達384個。而通過傳統(tǒng)制造工藝生產原有設計的散熱器生產時間約為444小時。Betatype 在使用多激光器3D打印設備，例如雷尼紹RenAM 500Q， 制造散熱器時所用的時間進一步減少至19個小時以下。Betatype 對這類高效率生產系統(tǒng)的產能進行了計算，結合優(yōu)化的設計方案和打印工藝，每個系統(tǒng)生產一年的產能從7055個增加到135,168個，實現(xiàn)19倍的提高，如果安裝7臺設備，每年可以生產接近100萬個3D打印零件。

    設備攤銷是增材制造成本的主要驅動因素，使3D打印零件生產更具成本效益的關鍵是減少構建時間，Betatype使用的優(yōu)化技術是實現(xiàn)這一目標的關鍵。Betatype已證明每件3D打印散熱器的成本從30英鎊降至3英鎊以下。

    Betatype的軟件可以優(yōu)化打印中的刀具路徑，給出特定的控制參數(shù)，并提供優(yōu)化的激光曝光策略，用于提升產品機械性能和加快構建過程。其優(yōu)化算法和過程IP，有助于將每個部件的構建時間從一小時縮短到五分鐘以下，這意味著在一次打印中生產384個散熱器的總構建時間僅為30小時。

通常，增材制造技術被認為是能夠實現(xiàn)非常復雜的結構，給設計帶來更大的空間。然而，增材制造技術也存在對設計的約束，理解這些約束對于該技術的應用大有裨益。

      Betatype在設計方面做了全面考慮，設計師采用了功能集成化的設計，并設計了內置支撐功能，該功能使得打印零件無需添加額外的支撐結構。完成后的打印件通過手工的方式即可從基板中分離，無需借助其他分離切割設備。

圖片來源：Betatype

    從圖中可以看出，在一次打印中同時生產的多個散熱器是以堆疊的方式進行擺放的。但打印過程中產生的熱應力，使粉末床激光熔融工藝制造完全堆疊的零件是非常困難的，Betatype 通過智能化的設計技術減少熱應力，將熱變形最小化。最終，散熱器可以以堆疊的形式進行擺放，從而實現(xiàn)生產量的最大化。

Review

   Betatype 開發(fā)汽車大燈3D打印散熱器的案例，揭示了粉末床金屬熔融增材制造技術在批量生產汽車零部件方面的潛力?？梢?，只要找對思路和方法，就可以撬動增材制造技術在汽車零部件生產中的應用。

    在這個案例中，實現(xiàn)汽車大燈散熱器生產成本效益提升的推動力除了Betatype 的優(yōu)化激光曝光策略之外，還包括為增材制造而設計的產品再設計思路。在設計這款金屬3D打印的大燈散熱器時，Betatype采用了功能集成化設計，減少了散熱器所需部件數(shù)量，這種設計非常適合通過增材制造設備進行制造，而增材制造替代了替代鑄造、裝配等繁復的傳統(tǒng)工藝，直接將功能集成的散熱器制造出來，簡化了汽車大燈散熱器的生產過程。

來源：3d打印網

編輯：董強