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从东风汽车3D打印应用看砂模3D打印在轻量化领域的应用

日期:2019-03-27 20:08

  2018年1月5日,东风公司汽车轻量化铝合金低压铸造研究中心四方合作共建签约仪式,在湖北十堰的东风汽车东风汽车有限公司通用铸锻厂内举行。此举旨在通过产学研共建,为新能源、动力总成、车身部件提供轻量化解决方案,并满足客户同步开发需求及轻量化“产品货架”开发需求。

  东风汽车公司通用铸锻厂、湖北汽车工业学院、沈阳铸造研究所、广东峰华卓立科技有限公司4家单位签署企校研四方战略合作框架协议。四方将利用各自优势,建立产学研全面合作关系,共建汽车轻量化铝合金低压铸造研究中心,共同在汽车用铸造铝合金材料、铝合金铸件轻量化设计、铝合金铸造技术的开发与应用等方面开展全方位合作。

  该低压铸造研究中心致力于提供铝合金轻量化解决方案,将具备“先期开发能力”、“先进制造技术”、“精益制造能力”和“高效服务能力”四大核心能力,以及“建立汽车轻量化的技术货架”,“提供差异化解决方案”,“构建标准化、专业化、信息化、智能化的制造系统”,“形成具有关键技术、核心技术的铝合金零部件”等六大功能。

  据介绍,铸造中心主要开展有色低压铸造业务,构建铝合金低压铸造产品全价值链开发核心能力,加强汽车新材料、新工艺、新技术的研究开发,促进科研成果和生产力的转化,共同提升汽车轻量化技术制造水平。同时,提升东风汽车公司通用铸锻厂的研发能力和轻量化低压铸造的产业化应用能力。

  据了解,2016年1月,通用铸锻厂在东风装备工业园成立壳体车间,在U401变速箱壳体项目带动下,初步建成壳体铸造、机加全工序生产能力,形成了东风汽车公司低压铸造中心的雏形。未来,将全力构建数字化智能制造示范线,包括生产自动化术、工业机器人(含物流机器人)、智能数字化测量和采集、智能识别、智能物流、信息化集成等。

  通用铸锻厂党委书记卢伟说,通过四方合作可以快速提升通用铸锻厂的研发能力和轻量化低压铸造的产业化应用能力,为客户提供产品的轻量化解决方案,这符合国家新能源和轻量化的产业发展方向,是通用铸锻厂实现有色铸件小巨人目标的一个重要环节。

  通用铸锻厂厂长袁三红说,汽车轻量化铝合金铸造研究中心将整合国内轻量化产品先期开发资源平台,再通过项目管理将优势资源进行整合,以实现轻量化技术和产品的快速开发,这是该中心3—5年内的核心作用。通用铸锻厂预计每年开发5个“技术货架”供整车单元选用,为东风的轻量化事业提供优质的技术和服务。

  据了解,下阶段,后处理支架轻量化结构优化设计、电驱动框架和后处理支架轻量化快速试制等3个项目将在汽车轻量化铝合金铸造研究中心首批推进。

  从东风汽车的布局上看到了兼顾新能源汽车布局的迹象,包括电驱动框架的快速试制准备。因为电动汽车需要全新车身结构,而决不仅仅是由电动驱动系统代替内燃机。汽车的电动化要求对整个车身进行大范围的改进,因为电动驱动组件对结构空间有全新的要求。对于电动汽车而言,轻质结构设计意义重大。

  电动车的市场正在迎来量变到质量的飞跃,根据亚琛大学的预测,电动车的年产量2020年有望发展到410万台(约占4%的汽车市场),2025年达到2490万台(约占22%的汽车市场),2030年则达到5040万台(约占42%的汽车市场)。但是从2020年到2025年这5年来说,增量将是6倍。

  虽然对于传统汽车制造企业来说,在制造技术的引入方面,无法从一个山峰直接跳到另一个山峰,需要有一个下山的过程。然而,在3D科学谷看来,像东风汽车轻量化铝合金铸造研究中心是一个很好的尝试与过渡。关于铸造在交通工具领域的轻量化应用,一个现实的例子是欧特克位于SanFrancisco的9号码头创新工厂尝试通过3D打印熔模来铸造镁合金,从而实现飞机座椅的轻量化。这种座椅结构件适合任何标准的商用喷气式飞机,预计可以通过减重为航空公司节约数百万美元的成本。

  虽然,金属3D打印在推动制造业跨越式发展,并能够生产非常复杂的产品,但目前材料选项仍然有限。目前增材制造支持的材料只有几十种,但铸造可以在成千上万种的金属和复合材料中进行选择。因此,该项目利用了3D打印的技术优势,而不完全依赖于3D打印技术。

  利用3D打印和铸造,使两种方法相互补充来生产飞机座椅骨架。铸造提供了更实惠的方式生产座椅框架,不仅仅是单件成本更低,从生产效率看适合生产更大的数量。最终,飞机座椅骨架减重了56%,减重来自于创成式设计,以及轻量化镁合金材料。如果以100架A380飞机服役20年来计算,航空公司将节省2亿多美元的燃料费用。这好比8万辆汽车一年减少的126000吨的二氧化碳排放量。

  从这个逻辑出发,飞机上可以通过3D打印精密铸造模具或者砂型模具的方式来获得轻量化的结构零件,那么汽车上同样有着一定的应用空间。而3D打印砂型铸造模具方面,国内品牌包括峰华卓立,宁夏共享,Raplas,安徽恒利等等,国外品牌包括德国voxeljet-维捷,美国exone,日本CMET等(排名不分先后)

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