如何在3D打印跑车零件的各个环节降低成？弗劳恩霍夫研究所给出了答案

导读：汽车行业是采用增材制造的众多行业之一，目前已经将这项技术用于各种形式的应用。然而，到目前为止，许多应用案例仅限于小批量，因为3D打印还不能在保证零件成本足够低的同时提供传统汽车生产技术的吞吐量。

2022年1月25日，南极熊获悉，弗劳恩霍夫增材制造技术研究所（IAPT）通过重新设计一辆豪华跑车的车门铰链，展示了3D打印如何为技术性能和制造成本带来好处。

在这个零件重新设计项目中，IAPT的工程师们优化了从车门铰链的几何形状、构建方向和工艺参数等内容，最大限度地节约成本和重量。

IAPT表示，项目的结果对汽车行业的批量生产是个好兆头，因为3D打印在汽车行业的日常运作中被越来越多地使用。

△3D打印的车门铰链，照片来自弗劳恩霍夫IAPT

简化汽车生产

弗劳恩霍夫项目表明，3D打印技术目前在汽车领域还没有得到充分利用，而更大批量的生产应用仍在酝酿之中。

目前，3D打印技术在汽车领域的应用主要包括：

① 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，不可避免地要开发和测试几个零件原型，这意味着需要快速的设计迭代和最短的交货时间：这是增材制造的主要卖点之一。

② 用3D打印制造工具，如夹具，以帮助生产和装配工作流程。甚至还有可能应用于制造已经过时的零件售后市场。3D打印使零件供应商能够按需打印，完全消除了对零件库存的需求。

就在上个月，跑车制造商保时捷对3D打印机制造商INTAMSYS进行了战略投资，以探索更多可以在自身制造业务中部署3D打印的方式。保时捷表示，3D打印是未来数字制造技术的一个 "组成部分"，因此值得 "长期和持续 "投入。

此外，捷克汽车制造商斯柯达最近宣布，他们一直在使用3D打印来加强自己的工作流程，将原型、备件和工具的生产引入内部。目前，斯柯达已经建立了3D打印农场，采用了由Prusa等公司开发的系统。

△斯柯达的打印农场项目得到了捷克共和国工业联合会的认可，图片来自斯柯达

如何降低3D打印门铰链的成本

在开始设计工作之前，弗劳恩霍夫的工程师们使用3D Spark公司开发的部件筛选软件，确定一个适合示范研究的汽车部件。

在项目的早期阶段，团队确定了零部件在构建室中的最经济的方向。工程师们考虑到了必要的支持结构，以及他们可以在一次构建中容纳的零件数量。与不考虑这些因素的3D打印构建相比，方向优化步骤带来了15%的成本节约。

接下来是铰链臂本身的拓扑优化。通过减少不必要的材料，只加强模拟力流所需的部分，工程师们能够将铰链臂的重量减少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。

弗劳恩霍夫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有关的额外成本节约：各为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，也会带来成本节约。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，将打印成本再削减15%。

最终，这种以成本为重点的设计方法使IAPT的工程师们能够3D打印铰链，与没有同样优化的3D打印对应物相比，成本大幅降低80%。当与CNC铣削的对应产品相比，该项目分别节省了50%和35%的成本和重量。