次世代空間架構(gòu)—3D打印汽車的未來(2)
NextGen Spaceframe(次世代空間架構(gòu))詳情
NextGen Spaceframe(次世代空間架構(gòu))由增材制造的 3D 節(jié)點和智能加工的鋼制型材組合而成。節(jié)點可以在現(xiàn)場根據(jù)不同的車型采用“Just in Sequence”(JIS,準(zhǔn)時化順序供應(yīng))方式制造。重點是將單個部件接合成混合結(jié)構(gòu),以便制造出經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)構(gòu),但這一點目前尚無法實現(xiàn)。
連接時采用的是焊縫細小、熱輸入低的激光焊接法。其幾何基礎(chǔ)是,需要將型材完全套入其中,這一點可以通過對型材進行 3D 測量并按需進行增材制造來實現(xiàn)。這種連接方式可以在對部件進行良好預(yù)定位的同時,在較大連接長度上實現(xiàn)整圈焊接。型材將自動通過節(jié)點進行對準(zhǔn)和固定。使用盤形激光器和機器人引導(dǎo)的光學(xué)元件。此外,用于制造型材和節(jié)點的激光技術(shù)可以在裝配過程中實現(xiàn)高度自動化。這種設(shè)計在成本結(jié)構(gòu)和節(jié)省時間方面提供了巨大潛力。
增材制造的節(jié)點可以根據(jù)不同負(fù)載級別進行調(diào)整,例如在負(fù)載要求較高時可增添加固元件。這樣,每一款車型都能實現(xiàn)重量和功能優(yōu)化。
在本案中,EDAG Engineering GmbH 負(fù)責(zé)設(shè)計和優(yōu)化 Spaceframe(空間架構(gòu)),Laser Zentrum Nord GmbH 負(fù)責(zé)激光焊接,BLM Group 負(fù)責(zé) 3D 彎曲和激光切割,而 Concept Laser GmbH 則負(fù)責(zé)節(jié)點的增材制造。只有合作伙伴之間的跨學(xué)科合作和各個技術(shù)專家的高超能力才能確保這個項目成功變?yōu)楝F(xiàn)實。
NextGen Spaceframe(次世代空間架構(gòu))節(jié)點的增材制造
Concept Laser 的 LaserCUSING® 工藝可直接根據(jù) 3D-CAD 文件逐層生成部件。通過該方法無需使用刀具即可生產(chǎn)出具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的部件。它可以制造出使用傳統(tǒng)制造工藝極難或根本無法制造的部件。本設(shè)計中的節(jié)點均無法使用傳統(tǒng)的鑄鋼工藝制造。為了確保結(jié)構(gòu)無缺陷,需要在與構(gòu)造平臺夾角小于45°的平面上設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)。該支撐結(jié)構(gòu)除了具備單純的支撐功能外,主要還用于承受內(nèi)部應(yīng)力并防止部件翹曲。因為節(jié)點的幾何結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,所以良好的支撐準(zhǔn)備是成功生產(chǎn)的基礎(chǔ)。完成支撐準(zhǔn)備之后,將通過虛擬形式把部件切割成單層。在將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?nbsp;LaserCUSING 設(shè)備上之后,將分配相應(yīng)的過程參數(shù),然后啟動構(gòu)造過程。這些節(jié)點均在 Concept Laser 的 X line 1000R 設(shè)備上制造而成,該設(shè)備具有適用于此項目的構(gòu)造空間 (630 x 400 x 500 mm3) 并配有 1 kW 的激光器。在基于粉末床的金屬激光熔融領(lǐng)域,只有同樣來自 Concept Laser 的全新 X line 2000R 才能提供更大的構(gòu)造空間 (800 x 400 x 500 mm3),且該設(shè)備還配備了 2 x 1kW 激光器。
圖3:X line 1000R 的后繼型號,Concept Laser 的 X line 2000R(構(gòu)造空間:800 x 400 x 500 mm3),配備了兩臺 1kW激光器。[圖片來源:Concept Laser GmbH]
結(jié)論:采用激光技術(shù)的數(shù)字化 3D 制造戰(zhàn)略
Spaceframe(空間架構(gòu))設(shè)計結(jié)合了 3D 打印的優(yōu)勢,例如靈活性和輕量構(gòu)造潛力,以及成熟的型材構(gòu)造經(jīng)濟性。在這兩種技術(shù)中,激光都處于核心地位。經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化的節(jié)點實現(xiàn)了最大程度的輕量化和功能的高度整合。無論是節(jié)點還是型材,都可以在不增加成本的同時,根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)和負(fù)載要求進行調(diào)整。因此,它們提供了根據(jù)負(fù)載級別對單個零件進行設(shè)計的可能。由此可見,主導(dǎo)思想是要根據(jù)車型的要求優(yōu)化進行節(jié)點-型材構(gòu)造設(shè)計。結(jié)果就是得到了經(jīng)過負(fù)載路徑優(yōu)化的 Spaceframe(空間架構(gòu))結(jié)構(gòu)。通過采用這種設(shè)備和刀具使用較少的方法,將來所有車身類型都將能夠經(jīng)濟地制造并具有最高靈活性。
(責(zé)任編輯:admin)
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