速度激情下的挑战，3D打印汽车制造前景一片光明

2022年10月，SmarTech Publishing 发布的一项研究表明，预计汽车市场仅通过3D打印成品零件就可产生90亿美元的收入，比2019年增长8倍。增材制造行业正在飞速发展，汽车制造商几乎在所有流程中都采用了3D技术。


▲数据来源SmarTech Publishing

对于汽车市场而言，特别是高级跑车或赛车，性能高于一切，比如轻量化设计可以减轻车辆重量等，从而增加可用功率，降低能耗，实现对未来汽车至关重要的减排目标。



▲赛车模型（来源3DExport）

通过增材制造和拓扑优化的结合，凭借3D打印在定制和轻量化上的优势，其在汽车改装及生产制造领域的发展已初现趋势。金属3D打印技术已被运用到定制轮毂，高性能冷凝器和刹车卡钳，轻量化支架结构件等；亦有很多国际汽车生产商如奔驰、宝马、奥迪、丰田等已经在汽车的研发阶段大量使用3D打印技术。有数据统计，3D打印在汽车行业的应用，占整个应用行业的30%以上。特别是在赛车应用中非常广泛，像NASCAR和一级方程式赛车一直在采用3D打印技术。



▲各种汽车刹车盘

— 碳化硅陶瓷的优势 —

而对于汽车机动设备与车辆最主要的安全部件之一的刹车制动部件而言，汽车刹车系统的优劣，直接决定着汽车驾乘人员的安全系数，提高安全性能、减少环境污染和噪音污染、 延长使用寿命是刹车系统制造和应用材料发展的大趋势。

使用碳化硅材料制成的刹车盘具有重量轻，耐高温的特点。碳化硅材料制成的刹车盘重量只有普通铸铁盘的一半不到，更轻的刹车盘就意味着悬挂下重量的减轻。这令悬挂系统的反应更快，因而能够提升车辆整体的操控水平。另外，普通的刹车碟容易在全力制动下因高热产生热衰退，而碳化硅陶瓷刹车盘能有效而稳定的抵抗热衰退，其耐热效果比普通刹车盘高出许多倍。



▲汽车刹车盘

碳化硅材料刹车盘在制动最初阶段就立刻能产生最大的刹车力，因此甚至无需刹车辅助增加系统，而整体制动比传统刹车系统更快、距离更短、为了抵抗高热，在制动活塞与刹车衬块之间有碳化硅陶瓷来隔热，并且碳化硅刹车盘有非凡的耐用性。

— PEP工艺，突破碳化硅陶瓷制备挑战 —

相较于传统机加工和钻孔方式生产的刹车盘，3D打印能成型更复杂的零件结构，且生产周期短，能实现快速交付，大大提升研发团队的产品开发效率。结合碳化硅等材料使用，能满足系统高性能和车身轻量化要求，有利于汽车的操控水平和节能环保。


碳化硅陶瓷的制备一直是特种陶瓷3D打印技术进一步拓展的挑战之一，因为碳化硅陶瓷材料在成型过程中会出现缺陷，比如气孔、裂纹、不均一性等，成型陶瓷器件难以抵抗脆性断裂，极大地限制了其机械性能。


▲3D打印碳化硅刹车盘

升华三维陶瓷·金属3D打印设备采用独特的独立双喷嘴设计，可实现陶瓷、金属、陶瓷/金属基复合材料的开发和复杂结构的成形。具有操作简单、工业型、高精度、高质量、高性价比等优点。通过优化结构设计，并结合升华三维独创的PEP（粉末挤出打印技术）工艺，已实现碳化硅刹车盘结构部件的大尺寸、轻量化、一体化制备。完整工艺过程后的部件致密度高达99%。打印的成品刹车盘具备高致密度、高强度、高硬度且质量更轻，兼具出色的散热功能和制动性。经测试，3D打印碳化硅陶瓷刹车盘的表现优于行业既定标准。



△升华三维碳化硅陶瓷烧结件力学性能

— 3D打印汽车制造前景一片光明 —

3D打印具备传统制造工艺无法比拟的技术优势，可在不牺牲结构部件性能的情况下，实现部件的整合设计并制造，为汽车制造提供新的设计思路和发展途径。可以预估3D打印技术在汽车领域的应用前景将一片光明。

升华三维作为具备材料开发、设备研发生产、系统软件开发到脱脂和烧结工艺为一体的金属/陶瓷间接3D打印解决方案供应商。在助力汽车工业创新发展方面，升华三维将以增材制造“数字化、个性化、定制化”的技术特点，通过PEP技术工艺帮助汽车生产制造商创造更多效益与价值。