弗劳恩霍夫研究人员优化3D打印方法 将汽车金属部件的成本降低50%/重量减轻35%

人们普遍认为，利用3D打印方法生产较大系列汽车部件是不经济的。据外媒报道，德国研究机构Fraunhofer IAPT的研究人员成功打印出一种车门铰链，比同类铣削产品要轻35%，同时成本降低50%，从根本上改变了这种看法。

（图片来源：Fraunhofer IAPT）

弗劳恩霍夫增材制造技术研究所（Fraunhofer IAPT）开展了一个重新设计项目，以跑车车门铰链为例，逐步确定影响部件成本的因素。

为了实现这些惊人的优势，首先，弗劳恩霍夫的研究人员利用其3D Spark软件（一种由人工智能驱动的部件数据库分析工具）来确定最适合增材制造的部件。然后，尝试优化每个步骤的成本结构，例如通过优化方向，充分减少所需的支撑结构数量，同时最大限度增加可安装在构建平台上的部件数量。与未优化增材制造工艺相比，由此确定的部件方向可节省15%的成本。

在下一步中，对铰链臂结构进行有针对性优化。利用增材制造的优势之一，可以实现全新的部件几何形状。这为部件提供了基本形状，其中只包含模拟力流所需的材料。总的来说，这将门铰链臂的重量减少了35%。由于减少了材料需求和缩短打印时间，与未实现结构优化的3D打印方式相比，成本又降低了20%。

然后，该团队通过减少支撑，进一步减少质量、加工时间和后处理，从而将成本又降低了10%。由于使用了一种新粉末，将成本再降低10%。

调整AM工艺参数，可提供降低成本的其他方法。例如，在打印过程中增加层厚度、优化工艺参数以及改变激光束轮廓，可明显减少构建时间。该团队指出，“尽管这会导致部件质量略有下降（但仍优于铸造部件），但可使打印成本进一步降低15%。通过嵌套优化机器利用率，如有必要，在构建区域进行堆叠，可进一步节省10%的成本。”

总体而言，新部件的成本比未经优化的直接3D打印部件要低80%。其中45%来自支撑和定向，其余则来自材料和工艺优化。

Fraunhofer IAPT证明了将增材制造成本降至目前的1/5是可行的。同时，通过减轻重量和改进光学系统，提高了车辆的技术性能。最重要的是，与传统铣削工艺相比，这使制造用于跑车门的小系列铰链臂的成本降低了50%。因此，增材制造不仅在技术性能方面优于铣削工艺，而且可明显提高成本效益。

据称这项关于系统性降低AM部件成本的研究结果，可广泛应用于汽车部件。IAPT提到，该增材制造技术可应用于多达5000个部件的更大系列。