趙亮 劉鵬 鄭敬超 杜嚴 趙云南 柯福鑫

（中國第一汽車股份有限公司研發(fā)總院，長春 130013）

1 前言

隨著人們對汽車產(chǎn)品個性化、定制化需求的提高以及部分傳統(tǒng)復雜工藝零件周期長、成本高等難點，金屬3D打印技術(shù)開始在汽車零件領(lǐng)域進行探索與應用，金屬3D打印工藝是增材制造技術(shù)中的創(chuàng)新技術(shù)，多個國家也正努力發(fā)展應用該項技術(shù)，目前汽車領(lǐng)域也在探索運用該項技術(shù)，開啟了汽車產(chǎn)品小批量、定制化、個性化生產(chǎn)的探索應用，采用傳統(tǒng)的鑄造、鍛造等工藝方式生產(chǎn)毛坯時需要開模具，周期長、費用高、效率低、資源消耗大，供應鏈需要進行優(yōu)化[1]；金屬3D打印工藝技術(shù)周期短、費用低，在加工具有自由形狀與復雜特征零件方面有極大的自由度，它以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，可直接根據(jù)三維數(shù)據(jù)打印成品，采用粉末狀金屬圓粒為原材料，進行逐層打印燒結(jié)的方式來成型零件，可直接打印復雜型面及異型面零件，無需開模具；與其他工藝一樣，金屬3D打印工藝也有局限性，為了防止打印過程中零件產(chǎn)生變形，需要根據(jù)實際情況給零件添加打印支撐，打印完成后需要將支撐去除，支撐越少后續(xù)去除支撐越容易操作[2]，因此，支撐設(shè)計優(yōu)化及無支撐技術(shù)探索成為了技術(shù)發(fā)展方向；同時，由于打印材料及打印工藝的多樣化，打印出零件的力學性能會有差異，因此，采用常規(guī)參數(shù)粉末材料及常規(guī)打印參數(shù)進行零件試棒打印并測試，建立鋁合金與不銹鋼最低力學性能指標，用于和傳統(tǒng)工藝零件進行力學性能對比，在汽車零件中開發(fā)金屬3D打印技術(shù)應用場景。

2 金屬3D打印工藝技術(shù)探索

目前金屬3D打印技術(shù)正在不斷創(chuàng)新，對于金屬3D打印工藝來說，有自身的優(yōu)點與難點，在選區(qū)激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)過程中，金屬粉末在高能激光的作用下，局部發(fā)生瞬時熔化和凝固，其溫度梯度極大，工件內(nèi)部存在著很大且分布復雜的內(nèi)應力,會使工件產(chǎn)生嚴重的翹曲變形，導致SLM過程無法繼續(xù)，為了保證工件能夠順利燒結(jié)成型，需要對待燒結(jié)的工件進行必要的支撐。同時，在工件輪廓邊緣，因工件輪廓外面都是導熱性不佳的粉末，熔池熱傳導過程與內(nèi)部不同，因此同一層內(nèi)工件輪廓邊緣比工件內(nèi)部要更高，形成輪廓突起；為應對這些上述SLM過程中的不穩(wěn)定因素，工件結(jié)構(gòu)必須經(jīng)合理設(shè)計，在燒結(jié)前工件還需增加一定的支撐結(jié)構(gòu)以使燒結(jié)過程穩(wěn)定。因此，合理的優(yōu)化支撐方案是金屬3D打印的基礎(chǔ)，從金屬3D打印基本原理、打印支撐優(yōu)化、無支撐技術(shù)等方面進行介紹。

2.1 金屬3D打印基本原理

金屬3D打印工藝主要有6種工作模式：SLM、電子束熔化(Electron Beam Melting，EBM)、激光近凈成形（Laser-Engineered NET Shaping，LENS）、粘結(jié)劑噴射（Binder Jetting，BJ）、漿料直寫（Double Insulating Wall，DIW）、超聲增材制造（Ultrasonic Additive Manufacturing，UAM）；該6種工作模式主要成型原理如下。

2.1.1 SLM工藝原理

通過激光掃描，快速熔化預置金屬粉末，直接獲得任意形狀的零件，致密度可達99.9%以上，精度：±0.05 mm/100 mm（100 mm長度內(nèi)，±0.05 mm公差），光束從激光器（Laser）中發(fā)出，通過振鏡系統(tǒng)（X-Yscanning mirror）將光束反射至平臺上進行層層熔融，每完成一層熔融后，打印的零件逐層下降，直至整個零件全部被打印出來；可制造結(jié)構(gòu)復雜、冶金結(jié)合、致密組織、高尺寸精度和良好力學性能的成型件，機械性能指標優(yōu)于鑄件，甚至可達到鍛件水平；同時可以縮短零件制作周期，無需開模具，降成本。具體原理圖如圖1所示。

圖1 金屬3D打印SLM原理

2.1.2 EBM技術(shù)原理

EBM為粉末床熔化技術(shù)且需在惰性氣體營造的保護氣氛圍中加工，與SLM的區(qū)別主要有以下2點（圖2）。

圖2 EBM技術(shù)原理

a.能量源不同，EBM由燈絲產(chǎn)生高能電子熔化粉末，維護成本相對較低。

b.EBM在加工前需要根據(jù)材料性質(zhì)對每一層的粉末進行預熱，這種行為可以降低制造過程中的溫度梯度，從而減小增材制造零件的內(nèi)應力。

2.1.3 LENS技術(shù)原理

LENS是另一種使用大功率激光器進行增材制造的工藝（圖3），與SLM不同的是LENS通過惰性氣體流帶動原材料流動實現(xiàn)粉末的輸送噴射（粉末粒徑相對于SLM材料普遍較大），粉末噴射軸線與激光器的軸線重合，激光實時熔化噴射的粉末在基板上凝固并隨著基板或者激光頭的移動實現(xiàn)零件的三維制造，理想的熔化點位于激光與噴射粉末的交點處，其可直接實現(xiàn)多種材料的增材制造。LENS還可以實現(xiàn)金屬絲材的增材制造。LENS的獨有優(yōu)點在于可以實現(xiàn)損壞零件的修復或在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上實現(xiàn)零件的改造。

圖3 LENS技術(shù)原理

2.1.4 BJ技術(shù)原理

BJ是另一種基于粉末床的增材制造技術(shù)（圖4），在BJ的過程中不需要外加高能量熱源熔化金屬粉末，而是通過向粉末床噴射適當?shù)恼辰Y(jié)劑使粉末按規(guī)定形貌粘結(jié)并逐層疊加從而實現(xiàn)三維零件的制造，但BJ制造完成的金屬零件需要經(jīng)過高溫脫脂、燒結(jié)處理后才能夠達到預期的性能，這一過程會使BJ制造直接獲得的金屬零件尺寸發(fā)生一定程度的收縮。BJ制造技術(shù)的一個突出優(yōu)勢在于其可實現(xiàn)泡沫狀零件或高孔隙率零件的直接制造。

圖4 BJ技術(shù)原理

2.1.5 DIW技術(shù)原理

DIW是一種通過氣壓驅(qū)動將混合漿料從針筒中擠壓出來并按照規(guī)定形貌逐層沉積成三維零件的增材制造技術(shù)（圖5），其漿料由原材料粉末與粘結(jié)劑、溶劑或分散劑混合制成，打印零件的質(zhì)量在很大程度上取決于混合漿料的性質(zhì)（如均勻性、粘稠度等）。DIW制造直接獲得的金屬零件同樣需要經(jīng)過脫脂、燒結(jié)處理，且最終獲得的金屬零件同樣可以具有高孔隙率。

圖5 DIW技術(shù)原理

2.1.6 UAM技術(shù)原理

UAM技術(shù)的初始材料為金屬箔材/板材，在正壓力的作用下依靠超聲頭在金屬箔材表面施加超聲振動使得兩層金屬箔材之間發(fā)生快速摩擦破壞材料原始狀態(tài)并產(chǎn)生冶金結(jié)合進而實現(xiàn)層間的連接，通過逐層的累加最終實現(xiàn)三維零件的制造（圖6）。UAM對箔材/板材的應用使其在金屬疊層零件的制備上具有獨特的優(yōu)勢，現(xiàn)階段在蜂窩結(jié)構(gòu)零件以及夾心結(jié)構(gòu)零件的制備上得到了一定應用。UAM的不足之處在于其無法直接獲得復雜的三維結(jié)構(gòu)，需要在每層加工完畢或整體加工完畢后通過機械加工去除多余部分，此為其未能獲得廣泛應用的原因之一。

圖6 UAM技術(shù)原理

結(jié)合目前增材制造行業(yè)的探索與實際應用情況，SLM與LENS這2種技術(shù)已經(jīng)相對成熟，其它的工藝形式還需繼續(xù)探索技術(shù)提升，來滿足不同工藝形式及性能要求，目前所采用的金屬3D打印工藝形式為SLM選區(qū)激光熔化,以下的支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化及無支撐技術(shù)探索均是基于SLM工藝形式進行的。

2.2 金屬3D打印支撐工藝探索

以下工藝支撐探索是基于SLM選區(qū)激光熔化工藝形式進行探索，主要包括支撐優(yōu)化探索、無支撐技術(shù)探索2個方面。

2.2.1 支撐優(yōu)化探索

SLM金屬3D打印工藝之所以在打印過程中需要添加支撐，原因有以下2點。

a.內(nèi)應力。金屬粉末在高能激光的作用下，局部發(fā)生瞬時熔化和凝固，其溫度梯度極大，工件內(nèi)部存在著很大且分布復雜的內(nèi)應力,會使工件產(chǎn)生嚴重的翹曲變形。

b.翹曲變形。在工件輪廓邊緣，因工件輪廓外面都是導熱性不佳的粉末，熔池熱傳導過程與內(nèi)部不同，因此同一層內(nèi)工件輪廓邊緣比工件內(nèi)部要更高，形成輪廓突起。同時在工件懸空結(jié)構(gòu)部分，由于工件頂層燒結(jié)產(chǎn)生拉應力，會導致工件邊緣往上翹曲，隨著翹曲的逐層累積，產(chǎn)生明顯的工件整體變形（圖7）。

圖7 翹曲變形示意

基于以上原因，為應對上述SLM打印過程中的不確定因素，工件結(jié)構(gòu)必須經(jīng)合理設(shè)計，在燒結(jié)前工件還需增加一定的支撐結(jié)構(gòu)以使燒結(jié)過程穩(wěn)定。增加工藝支撐主要起如下作用。

a.熱量傳導。當燒結(jié)懸空結(jié)構(gòu)時，如果激光直接在粉體上掃描，熱量來不及耗散，形成的熔池溫度會過高，易產(chǎn)生球化、氧化等現(xiàn)象，而懸空結(jié)構(gòu)下方的支撐結(jié)構(gòu)能起到相對較好的導熱作用，使燒結(jié)過程穩(wěn)定。

b.防止變形。打印過程中，工件內(nèi)部會產(chǎn)生很大且分布復雜的內(nèi)應力。通常最上層總是產(chǎn)生很大的拉應力，表現(xiàn)為工件邊緣往上翹曲，隨著逐層累積，工件變形宏觀表現(xiàn)為邊緣翹曲最嚴重。尤其是當存在懸空結(jié)構(gòu)時，這種翹曲更為明顯。在懸空結(jié)構(gòu)下方制作支撐結(jié)構(gòu)則能有效拉住工件，抵抗翹曲。

c.防止固定工件被刮刀刮走。為使不穩(wěn)定工件（如高徑比值較大的工件）的加工過程順利進行，可在工件刮刀移動方向的一側(cè)做額外支撐。

d.支撐小角度面及懸空面成型。

e.支撐水平孔、流道成型。

對于以上工藝支撐的作用，主要對以下2個方面進行探索。

a.不同直徑圓柱支撐穩(wěn)定燒結(jié)時，高徑比值達到多大范圍，加工過程可以順利進行；

b.支撐合理優(yōu)化。

2.2.1 .1 不同直徑圓柱支撐穩(wěn)定燒結(jié)時，高徑比值范圍探索

支撐穩(wěn)定性是指截面積較小的支撐如果高度比較高，那么將存在被刮刀撞擊擺動的風險，從而影響零件打印效果，因此，支撐強度、支撐面大小等都直接影響支撐穩(wěn)定性。支撐強度越高、支撐面在刮刀方向的投影長度越小、支撐面在垂直刮刀方向的投影長度越大，支撐能穩(wěn)定燒結(jié)的高度也越高。為了探索圓柱支撐在不同直徑的最大打印高度，打印了十組不同直徑的圓柱支撐，進行刮刀撞擊擺動測試，最終得出了實際測試結(jié)果，用于指導后續(xù)實踐應用，具體測試結(jié)果見表1。

表1 不同直徑圓柱支撐穩(wěn)定燒結(jié)的最高高度

2.2.1 .2 支撐合理優(yōu)化

針對通過實際打印測試的圓柱狀支撐所能穩(wěn)定燒結(jié)的最大高度，有些零件在實際打印過程中需要設(shè)計的支撐高度大于最大高度，對于這樣的支撐，如果不加以合理優(yōu)化，那么支撐就會被掛刀刮倒，打印策略就會失敗，因此，對實際支撐高度大于穩(wěn)定燒結(jié)最大高度的支撐進行合理的優(yōu)化，達到支撐加固的目的，同時將探索相關(guān)的打印數(shù)據(jù)參數(shù)，用于指導后續(xù)的實際生產(chǎn)，具體打印零件打印工藝探索過程如下。

圖8所示為高徑比值較大的圓柱支撐，該零件上部右下表面是面積較小而位置較高的懸空面，較高的小面積支撐在燒結(jié)過程中存在被刮刀撞歪的風險，此時可制作底部大而頂部小的錐形支撐結(jié)構(gòu)以保證其穩(wěn)定性，但錐形的斜邊母線與地平面的角度需要我們進行探索，因此，經(jīng)過不同角度的打印探索，斜邊母線與地平面的角度小于70°時，錐形支撐可以防止被刮刀撞歪，如圖9所示。

圖8 柱狀支撐理論示意

圖9 錐形支撐理論示意

以上是對支撐優(yōu)化兩個方面的實際應用，用于指導打印工作，后續(xù)打印工藝還需要繼續(xù)深入探索研究，還有很多難點需要解決。

2.2.2 無支撐技術(shù)探索

金屬3D打印技術(shù)的一個優(yōu)勢就是可以打印內(nèi)部流道及內(nèi)部孔，通過傳統(tǒng)工藝制作內(nèi)部流道及內(nèi)部孔比較困難，但是無任何支撐的懸空孔，隨著孔徑的不斷增加，最后孔閉合的效果越差，與無支撐結(jié)構(gòu)類似，向下的表面會隨著孔或通道寬度的增加而開始扭曲，也就是說，圓孔狀結(jié)構(gòu)圓孔頂部自身重力的作用，打印過程中，頂部會下沉，最終圓孔狀結(jié)構(gòu)會變成橢圓狀結(jié)構(gòu)，因此，探索圓孔狀結(jié)構(gòu)零件打印有兩方面，一方面是懸空孔的打印過程保持不變形的孔徑臨界值探索；另一方面是當零件圓孔狀結(jié)構(gòu)的尺寸大于臨界值時，常見的解決方法是將圓孔狀通道設(shè)計成橢圓形或淚滴形或菱形，因此，具體數(shù)值孔徑所對應的橢圓尺寸形狀也是探索的一個方面。

2.2.2 .1 懸空孔打印臨界值的探索

首先，對懸空孔的打印過程孔徑保持不變形的臨界值進行了探索，通過打印鋁合金（Al-Si10Mg）材料不同直徑尺寸的圓孔，然后對圓孔的圓度進行測量，圓度公差在自由公差范圍內(nèi)即為合格，針對一組Φ1～Φ10的圓孔進行打印，測量圓度公差得出結(jié)論，Φ1～Φ8之間圓度滿足自由公差要求，而直徑大于Φ9的圓孔圓度公差不滿足自由公差要求，因此，實際打印工作中，小于等于Φ8的孔徑不用添加支撐，圓度公差測量見表2。

表2 不同直徑圓柱孔圓度公差

圖10 懸空孔打印效果

通過實際打印摸索，后續(xù)打印生產(chǎn)建議流道的直徑不要超過8 mm，超過8 mm需要支撐結(jié)構(gòu)輔助成型，但是，內(nèi)流道支撐的去除是一個工藝性難題，因此，如何在不添加支撐的情況下打印直徑超過8 mm的內(nèi)流道是目前的一個工藝難點，也是無支撐技術(shù)的一個發(fā)展方向。

2.2.2 .2 橢圓形內(nèi)流道無支撐結(jié)構(gòu)探索

當要打印的內(nèi)流道尺寸孔徑大于8 mm時，探索一種橢圓形的內(nèi)流道打印方案（圖11），選擇探索打印的孔徑為10 mm,將橢圓的短邊水平擺放，短邊尺寸設(shè)置為10 mm,長邊尺寸垂直放置，具體尺寸大小需要進行探索，首先，探索的基礎(chǔ)尺寸為12 mm,根據(jù)實際打印情況進行增大或減小，最終得出用于指導工程實踐的尺寸，打印之后測量內(nèi)孔圓度公差，圓度公差滿足自由公差要求時即可，通過打印測試后，橢圓的長邊在11.4～11.8 mm時，內(nèi)孔圓度公差可以滿足要求，取平均值為11.6 mm，因此，可以指導后續(xù)生產(chǎn)的橢圓方程為：

圖11 測試打印孔

經(jīng)過以上過程的探索，用于指導后續(xù)實際生產(chǎn)的打印工藝方案編制，但是，不同的圓孔直徑尺寸還需要繼續(xù)進行探索，最終形成數(shù)據(jù)庫用于指導實踐。

3 金屬3D打印零件的性能指標

在金屬3D打印零件的力學性能方面進行了深入研究，金屬3D打印技術(shù)在汽車零件上的最終發(fā)展目標是應用；當前金屬3D打印的零部件主要包括鋁合金（AlSi10Mg）與不銹鋼（316L）2種材料，2種材料零部件的力學性能有差異，因此，這2種材料零部件的各項力學性能數(shù)值是非常重要的參數(shù)指標，針對零部件的力學性能參數(shù)指標、致密度等級（探傷等級）、表面粗糙度等方面進行了深入探索研究，為金屬3D打印技術(shù)在汽車產(chǎn)品上的應用提供數(shù)據(jù)參考與支持，同時形成標準文件。

3.1 打印試棒力學性能參數(shù)指標測試

通過金屬3D打印的工藝方式分別在0°、45°、90°方向進行打印力學性能檢測試棒，分別打印鋁合金材料AlSi10Mg與不銹鋼材料316L，并對0°、45°、90°方向進行力學性能檢測，取最小值作為標準數(shù)值參考值，為汽車產(chǎn)品應用及汽車產(chǎn)品研發(fā)提供標準數(shù)據(jù)支撐，具體試驗測試結(jié)果如表3、表4

表3 AlSi10Mg與不銹鋼316L力學性能

表4 AlSi10Mg與不銹鋼316L表面硬度

根據(jù)以上力學試棒試驗檢測結(jié)果，得出表5結(jié)

表5 AlSi10Mg與不銹鋼316力學性能

具體打印試棒如圖12。

圖12 打印測試試棒

具體檢測金相簡圖如圖13、圖14所示。

圖13 AlSi10Mg金相圖(20 μm)：α（Al）固溶體+Si共晶

圖14 AlSi10Mg金相圖(50 μm)：α（Al）固溶體+Si共晶

3.2 零件致密度及表面質(zhì)量等級參數(shù)指標

目前試制所已經(jīng)建立了金屬3D打印自制能力，針對目前已經(jīng)打印的所有零件進行測試統(tǒng)計，金屬3D打印零件致密度等級及表面質(zhì)量測試統(tǒng)計如下。

鋁合金AlSi10Mg表面粗糙度為Ra6～10 μm，致密度99.7%，探傷等級1～2級，尺寸公差（100±0.10）mm；

不銹鋼316L表面粗糙度為Ra4～8 μm，致密度99.8%，探傷等級2～3級，尺寸公差（100±0.10）mm；

以上參數(shù)是目前對已打印的零件的各項參數(shù)進行統(tǒng)計的結(jié)果參考，金屬3D打印零件的性能指標參數(shù)隨著設(shè)備性能及材料特性的提高還會繼續(xù)提高，目前針對能夠達到的指標進行統(tǒng)計，用于應用參考。

4 金屬3D打印應用概述

金屬3D打印主要價值在于應用，當前金屬3D打印工藝技術(shù)能夠制造傳統(tǒng)工藝不易完成的復雜結(jié)構(gòu)零部件，能夠?qū)崿F(xiàn)功能性集成、輕量化、拓撲優(yōu)化等優(yōu)勢，成本低、周期短、不需開模具，能夠進行打印的材料包括不銹鋼、鎳基合金、鋁合金等多種材料，鋁合金AlSi10Mg與不銹鋼316L是目前汽車行業(yè)中應用最多的2種材料，已經(jīng)進行打印應用的金屬3D打印實例較多，比較有代表性的零件舉例如下。

4.1 發(fā)動機罩蓋

發(fā)動機罩蓋材料為AlSi10Mg，尺寸410 mm×320 mm×190 mm，常規(guī)制造工藝為鑄造方式，周期3個月，費用80萬元（開模具），采用金屬3D打印的工藝方式成本低，周期短；制造精度與零件力學性能方面優(yōu)于鑄造工藝；罩蓋毛坯試制周期由3個月縮短至0.5個月，試制周期節(jié)約83%；毛坯力學性能優(yōu)于鑄造毛坯，毛坯尺寸精度達到鑄造CT7級水平，致密度達到99.7%；罩蓋毛坯打印時間為216 h，原材料需要15.7 kg,打印總費用為11.5萬元/個，本方案較金屬模具試制工藝約節(jié)省68.5萬元，費用節(jié)約85.63%。打印零件見圖15。

圖15 金屬3D打印罩蓋實物

4.2 變速箱淋油器總成

變速箱淋油器總成是變速器中潤滑系統(tǒng)的重要零部件，材料為PA66，尺寸210 mm×80 mm×80 mm，常規(guī)制造工藝為注塑成型，包括兩個組成部分，淋油器結(jié)構(gòu)1與淋油器結(jié)構(gòu)2，兩個部分通過密封墊過盈連接為一個整體，連接后整體使用，連接處的裝配精度要求較高，防止油液泄露導致淋油壓力降低；針對淋油器結(jié)構(gòu)1與淋油器結(jié)構(gòu)2的復雜裝配過程及注塑工藝周期長、費用高的特點，周期2.5個月，費用30萬元（開模具）；采用金屬3D打印的工藝方式進行制作零件，對于淋油器的兩個組成部分，采用了金屬3D打印集成化的工藝方式，將淋油器的兩個部分打印成一個整體，實現(xiàn)了集成化功能打印工藝探索；打印工時8 h，原材料需要0.24 kg,打印總費用為0.41萬元/個，本方案較金屬模具試制工藝約節(jié)省29.59萬元，費用節(jié)約98%，周期縮短2.4個月。

圖16 淋油器集成化打印實物

4.3 發(fā)動機單缸機缸蓋

發(fā)動機單缸機缸蓋材料為AlSi10Mg，尺寸210 mm×190 mm×110 mm，常規(guī)制造工藝為鑄造方式，周期3.5個月，費用35萬元（開模具），采用金屬3D打印的工藝方式成本低，周期短；制造精度與零件力學性能方面符合設(shè)計需求；前期探索了Al-Si10Mg材料的缸蓋，本次探索不銹鋼316L材料的單缸機缸蓋，本次毛坯試制周期為0.5個月，試制周期節(jié)約86%；單缸機缸蓋毛坯打印費用為4.1萬元/個，經(jīng)檢測，毛坯力學性能優(yōu)于鑄造毛坯，毛坯尺寸精度達到鑄造CT7級水平；本方案較金屬模具試制工藝約節(jié)省30.9萬元，費用節(jié)約88%。具體打印零件如圖17。

圖17 金屬3D打印缸蓋毛坯

4.4 催化器進氣端錐

催化器進氣端錐結(jié)構(gòu)復雜，端部帶葉片結(jié)構(gòu)，尺寸Φ190×170，傳統(tǒng)鑄造工藝實現(xiàn)困難，周期兩個月，成本高，費用10萬元；目前有多款產(chǎn)品的進氣端錐已經(jīng)通過金屬3D打印工藝方法進行制作，我們采用的是高鎳合金（HX哈氏耐高溫合金）材料進行打印，周期1.5天/件，費用0.8萬元/件，節(jié)省周期57天，節(jié)省費用8.4萬元。具體打印零件如圖18。

圖18 進氣端錐

4.5 差速器擋油板及導油槽

差速器擋油板及導油槽是差速器中潤滑系統(tǒng)的重要零部件，材料為PA66，尺寸輪廓大致140 mm×70 mm×30 mm，常規(guī)制造工藝為注塑工藝方式，周期2個月，三種零件費用總計15萬元（開模具），周期長，費用高；因此，采用金屬3D打印工藝方式進行工藝探索，采用鋁合金材料（AlSi10Mg）進行打印，周期2天，費用0.6萬元，節(jié)省周期近2個月，節(jié)省費用14.4萬元，強度優(yōu)于原工藝方案，目前已經(jīng)小批量應用。具體打印零件實物如圖19～圖21。

圖19 差速器擋油板1實物

圖20 差速器擋油板2實物

圖21 差速器擋油槽實物

5 結(jié)束語

本研究主要包括金屬3D打印工藝技術(shù)的基本工作原理及金屬3D打印支撐工藝探索、、、金屬3D打印零件力學性能指標及致密度等參數(shù)的探索、實際打印應用案例3方面；這3方面為后續(xù)產(chǎn)品金屬3D產(chǎn)品打印生產(chǎn)、減材加工、零件設(shè)計及試驗驗證提供實踐參考及理論依據(jù)，尤其是金屬3D打印工藝支撐數(shù)據(jù)積累、打印零件的力學性能指標較為重要，為該技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應用提供了理論及實踐指導，同時后續(xù)將建立金屬3D打印汽車零件應用數(shù)據(jù)庫，不斷的進行積累。

在汽車領(lǐng)域金屬3D打印技術(shù)的應用正在探索中進行，正在從設(shè)計端開始拓撲優(yōu)化、輕量化、功能集成等方向發(fā)展，尤其是功能集成方面前景巨大；目前眾多車企都在汽車產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)階段使用金屬3D打印技術(shù)，充分利用該技術(shù)特點，推進零部件技術(shù)向定制化、個性化、輕量化等方向發(fā)展。

金屬3D打印零部件在無支撐技術(shù)上還需繼續(xù)探索，發(fā)展無支撐打印技術(shù)，金屬3D打印能突破現(xiàn)有的技術(shù)瓶頸，能徹底解決內(nèi)流道支撐不能去除的難題，才能更多的應用在汽車零件上；無支撐技術(shù)及支撐優(yōu)化技術(shù)的進一步發(fā)展和整個產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸完善可以實現(xiàn)未來金屬3D打印技術(shù)在汽車零件上的應用，很多具有內(nèi)流道復雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品零件就可以不斷的進行探索應用，將成本、縮短試制周期，更好的支撐產(chǎn)品研發(fā)。