汽車工業的快速發展,給人們帶來交通便利的同時也面臨著環境污染和能源緊缺等問題,這些問題使汽車的節能減排工作迫在眉睫。
3d打印可以降低石油等不可再生能源的消耗,當然汽車輕量化是節能減排的手段之一,而實現汽車輕量化主要有兩種途徑,一種是對汽車零部件進行結構設計優化,另一種則是通過輕質高強度的材料替代傳統材料,碳纖維復合材料就是一種高強度的輕量化材料,近年來在汽車應用中得到了快速發展。
-重復以上步驟,直到3D模型的每一層都完成打印
通過McorTechnologies研發的彩色墨水,McorARKe3D打印機還可以實現彩色3D打印功能。由于打印材料是普通的辦公用紙和環保的粘合劑,打印成本低,打印出的模型細節精良,McorARKe3D打印機已被汽車制造用戶用于產品的設計驗證和快速原型。不過本田通過McorARKe3D打印機制造碳纖維復合零部件的模具,讓這種紙張3D打印技術的應用超越了原型,走向產品的快速制造領域。
通常進行碳纖維復合零部件制造的方法是,首先使用數控機床切削出零件的金屬模具,將碳纖維材料坯料被鋪疊在附有脫模劑的模具表面,然后經過多孔防粘布(膜)、吸膠氈、透氣氈覆蓋等處理步驟之后放在熱壓罐內,在一定溫度和壓力下完成固化過程。
金屬模具的制造周期較長,成本較高。基于這一點,本田開始借助SDL紙張3D打印技術這種成本低、生產周期短的技術制造碳纖維復合零部件的模具。那么,這些由柔軟的紙張制造的模具是否能夠經受住后續碳纖維復合材料成型工藝的考驗呢?
本田與McorTechnologies公司進行了一年的探索,結果表明打印紙張在經過逐層粘合和壓縮之后變得非常堅固,與單張紙張具有完全不同的力學屬性,同時由于紙張屬于非晶體材料,不會像塑料那樣預高溫后發生熔化,所以紙張3D打印的模具可以長時間處于高溫和壓力環境下而不發生變形。在探索實踐中,紙張3D打印模具在碳纖維材料成型工藝中所處的環境是135°C高溫和50萬帕壓力。
由于打印機的硬質合金刀片在打印過程中對每一層的打印形狀進行了精確的切割,紙張3D打印模具具有高尺寸精度,這也將為最終的碳纖維零部件帶來較高的尺寸精度。為方便成型后的零部件進行脫模,可以在紙張3D打印模具的表面涂覆脫模劑量。由于紙張模具在這些工藝中發生的改變較小,如有必要的話模具可被重復利用。