重新设计：利用增材制造升级汽车工具

来源：Materialise 玛瑞斯


增材制造（AM）的一个主要优势就是其在设计方面的灵活性，这使我们能够以新方式反思现有的工艺设计。举例来说，汽车工业中的层压工具的作用是将材料粘附在汽车内饰上，这一粘贴材料的过程被称为悬垂成型。在Materialise的设计师和工程师认识到该工艺的缺陷后，他们试图用AM技术重新设计该工具。

• 挑 战：消除使用传统方法制造的工具所带来的问题
• 解决方案：用增材制造技术重新设计
• 结 果：使用3D打印技术，得到了一个性能更强、更轻便且更便宜的零件
  

消除传统方法制造的工具所带来的问题

对于将AM应用于汽车行业这一技术，Materialise金属能力中心的专家们已经非常熟悉。他们一直在用AM技术反思旧工艺。该团队就是这样在生产过程中发现了一个经常导致矛盾、时间浪费和废料过多的问题点——垂线成型。

一般来说，这种工艺会使用到带有加热和冷却通道的金属工具，来将皮革等材料粘在汽车内部的某个区域，比如门板上。由于该工具是通过铣削固体金属块制成的，此通道只能在直线上钻孔，这就限制了此工具的设计可能性。因此，这会导致生产周期延长、加热不连贯、胶水扩散等问题，使得时间和材料都浪费良多，而且生产结果也达不到行业要求的质量标准。

利用增材制造工具重新设计
当设计与工程团队发现这些问题时，他们立即意识到增材制造技术可以帮助他们提升工具的性能——同时还允许他们继续使用铝来应对温度限制和压力限制。

我们为增材制造重新设计零件不仅仅是为了改进原始设计，而是希望能够使用创新的方法来赋予工具新的活力。我们怎样能够通过优化设计，从而使零件效果超出预期呢？3D打印的设计灵活性使我们能够做到这一点。所以，我们不会止步于‘还可以’。

——Materialise的设计工程师Tim Hermanski

▲  3D打印的层压工具的通道

在为增材制造重新设计零件时，对于3D打印设计的方法和应用，团队拥有深刻的理解是至关重要的。Materialise金属能力中心拥有最合适的团队，因为该中心拥有AM软件、生产和设计的专业知识。有了这些专业知识和Materialise软件来简化流程，该团队使用AM思维对零件进行了全面的反思。

性能更强、更轻便、更便宜的3D打印零件
在Materialise的团队和金属AM综合性能的帮助下，此零件的二次设计比原来的设计多出许多优势。

▲ 3D打印的层压工具

首先，优化后的通道性能提升了50%。团队将通道设计得更靠近表面，以确保加热和冷却的均匀和快速。如上所述，最初设计的一个主要缺点就是在这一步骤中不能保持一致，所以改进后的流动（flow）对于减少废料帮助很大。

▲  加热后的AM零件的热图像

灵活的设计带来的另一个好处是，该团队可以将两个零件合二为一，从而使零件的质量减少51%。铣削技术只能生产笔直的通道，而AM技术能够使用最少的材料，设计生产更多形状的通道。更轻便的零件制造成本也更低，对操作员来说也更容易处理。团队进一步优化了零件，使零件无需支撑结构，减少了材料成本和后期处理所需的时间和精力。