全文4200字，阅读需要8分钟。本文分享3D打印在汽车领域的应用案例整理，仅覆盖金属3D打印。
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AM易道导语
本文提到的3D打印汽车零部件案例覆盖了宝马、保时捷、布加迪、本田、日产、福特、现代等多家汽车大厂。
整理不易，建议读者收藏。
自增材制造产业联盟公众号发布3D打印汽车零部件产品工艺适用目录（意见征询稿）以来，获得广泛好评。
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AM易道自愿参与增材制造产业联盟补充完善此汽车3D打印产品工艺目录工作，愿为我国在增材制造的汽车领域应用提供更多信息和价值。
收集整理工作较为繁重，AM易道无法做到一次对于该工艺目录的整体补充，所以选择以分批补充发布方式补充新的案例、新的工艺应用和新的打印材料。
本次补充，仅限于公开信息的金属3D打印案例，无法做到面面俱到。
以下为正文，如有事实错误，请行业企业以及汽车界专家私信指正修改：
1. 发动机组件
- 案例：发动机的其他升级包括间接中冷器、升级的压缩机、新的流量优化进气系统（用于减少压力损失）和电子控制废气旁通阀。发动机还集成了三个大型散热器、一个额外的发动机油冷却器和一个单独的变速箱油冷却器以控制温度，以及一个带有附加吸入级的图控油泵。![]()
Reference：https://www.voxelmatters.com/bmw-s58-engine-3d-printed-cylinder/ - 来源：武汉滨湖机电科技产业有限公司使用SLM技术结合铸造，减少了六缸发动机铁质缸盖的生产时间。![]()
Reference：Dong S Y, Yan S X, Feng X Y, et al. Research status of steel powder materials fabricated by
laser augmentation [J]. Progress in laser and optoelectronics, 2018 (1): 70-81. - 工艺：未指明具体的增材制造工艺，AM易道猜测是SLM技术，但使用了Netfabb和Fusion 360程序进行设计- 来源：本田设计师与Autodesk合作，使用Netfabb和Fusion 360创建了曲轴模型。![]()
使用增材制造和逆向工程可以为以前通过传统技术无法实现的元素创建自然形状。这一程序使曲轴重量显著减轻30%。
Reference: https://www.autodesk.com/design-make/articles/crankshaft-design- 案例：用金属增材修复Steyr 220汽车的化油器。![]()
Reference：Dalpadulo, E.; Petruccioli, A.; Gherardini, F.; Leali, F. A Review of Automotive Spare-Part Reconstruction Based on Additive Manufacturing. J. Manuf. Mater. Process. 2022, 6, 133.- 案例：柴油机凸轮轴送粉激光熔覆，辅以经过热处理，结果显示出更优的强度性能。
Reference：Ding, C.; Cui, X.; Jiao, J.; Zhu, P. Effects of Substrate Preheating Temperatures on the Microstructure, Properties, and Residual Stress of 12CrNi2 Prepared by Laser Cladding Deposition Technique. Materials 2018, 11, 2401- 优势：重量减轻10%，可能实现高达30 hp的功率增加，优化的结构和集成冷却通道- 案例：保时捷尝试使用类似的方法生产内燃机活塞。![]()
在3D打印机中使用增材制造创建的创新活塞已经在911 GT2 RS发动机中通过了首次耐久性测试。
活塞结构经过优化以匹配负载条件，并集成了冷却通道，与锻造活塞相比重量减轻了10%。对发动机的修改允许提高速度，降低活塞的温度负荷，并优化燃烧。因此，在515 kW(700 hp)保时捷911 GT2 RS中可能实现高达30 hp的功率增加。这些活塞是通过保时捷、其供应商和开发伙伴Mahle以及专门从事增材技术的公司Trumpf的合作项目创建的。Reference: https://media.porsche.com/mediakit/porsche-innovationen/en/porsche-innovationen/3d-printed-pistons- 特点：复杂的内部结构，具有蜂窝结构的薄流体流动通道- 案例：Conflux公司和EOS合作在F1赛车散热器中展示了复杂的内部结构。![]()
与使用其他方法制造的热交换器相比，具有蜂窝结构的薄流体流动通道能够更好地散热。Reference：https://www.eos.info/en-us/industries/customer-success-stories/conflux-heat-exchanger-produced-with-additive-manufacturing- 优势：复杂几何形状的制造，材料节省，应力控制优化等- 案例：Jia. D等人在他们的工作中展示了使用L-PBF技术设计和制造特定组件。![]()
Reference：Jia, D.; Li, F.; Zhang, Y. 3D-printing process design of lattice compressor impeller based on residual stress and deformation. Sci. Rep. 2020, 10, 600.
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- 案例：J. Gray及其同事创建了小型无人地面车辆(UGV)内燃机的缸盖和曲轴箱的计算机模型并进行了金属SLM3D打印制造，并对于关键部位进行了机加。
Reference：Gray, J.; Depcik, C.; Sietins, J.M.; Kudzal, A.; Rogers, R.; Cho, K. Production of the cylinder head and crankcase of a small internal combustion engine using metal laser powder bed fusion. J. Manuf. Process. 2023, 97, 100–114.- 案例：A. Selem等人描述了在电动机组件制造中使用增材技术的优势。L-PBF技术允许更容易地制造对电动机核心更有利的几何形状。![]()
这改善了工作期间的散热，并减轻了重量，直接提高了设备效率。
Reference: Selema, A.; Ibrahim, M.N.; Sergeant, P. Metal Additive Manufacturing for Electrical Machines: Technology Review and Latest Advancements. Energies 2022, 15, 1076.![]()
使用增材技术制造带有通道冷却的电机壳体，通道的结构和几何形状能够在电机运行期间实现最佳散热。Reference：
https://news.pminnovationblog.com/blog/is-additive-manufacturing-moving-tufast https://www.metal-am.com/integrated-cooling-in-electric-motor-housing-developed-using-metal-additive-manufacturing/
https://exchange.nottingham.ac.uk/blog/phd-student-wins-additive-world-design-challenge-award/
Wu, F.; EL-Refaie, A.M. Toward Additively Manufactured Electrical Machines: Opportunities and Challenges. IEEE Trans. Ind. Appl. 2020, 56, 1306–1320.
- 优势：减少材料消耗和废料，可使用高强度金属合金，可生产轻量化齿轮，可制造内部通道- 应用：包括轻量化齿轮和具有内部冷却/润滑通道的齿轮- 案例：使用SLM技术和SS-316L钢生产的齿轮等多个案例![]()
增材制造还可以使用高强度金属合金生产齿轮，例如16MnCr5钢。通过使用适当的结构，可以生产轻量化齿轮，同时仍保持所需的强度性能。![]()
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增材制造技术可以促进内部通道的生产，这可能增强散热并确保摩擦表面的充分润滑。Reference：
Pathak, S.; Böhm, M.; Kaufman, J.; Kopeček, J.; Zulić, S.; Stránský, O.; Shukla, A.; Brajer, J.; Beránek, L.; Radhakrisnan, J.; et al. Surface integrity of SLM manufactured meso-size gears in laser shock peening without coating. J. Manuf. Process. 2023, 85, 764–773.
Brummer, M.; Raddatz, K.J.; Schmitt, M.M.; Schlick, G.; Tobie, T.; Daub, R.; Stahl, K. Static load-carrying behavior and material properties of additively manufactured gears (PBF-LB/M, 16MnCr5). Rapid Prototyp. J. 2023, 29, 117–130.
Landi, D.; Zefinetti, F.C.; Spreafico, C.; Regazzoni, D. Comparative life cycle assessment of two different manufacturing technologies: Laser additive manufacturing and traditional technique. Procedia CIRP 2022, 105, 700–705.
Bräunig, J.; Töppel, T.; Müller, B.; Burkhardt, M.; Hipke, T.; Drossel, W.-G. Advanced Material Studies for Additive Manufacturing in terms of Future Gear Application. Adv. Mech. Eng. 2014, 6, 741083.
Dennig, H.-J.; Zumofen, L.; Stierli, D.; Kirchheim, A.; Winterberg, S. Increasing the safety against scuffing of additive manufactured gear wheels by internal cooling channels. Forsch. Im Ingenieurwesen/Eng. Res. 2022, 86, 595–604.
变速箱组件
- 来源：韩国的现代汽车公司已开始测试使用低合金钢DM 4140制造变速箱组件。这种材料有高硬度和耐腐蚀性。![]()
Reference：https://www.metal-am.com/digital-metal-adds-low-alloy-steel-and-superalloy-to-range-of-bjt-materials/- 案例：Eplus3D为福特野马创建了一个排气系统组件原型。设计师旨在提高车辆性能并减少发动机噪音。![]()
内部结构确保了适当的废气流动，而不会造成过大的阻力，从而不会导致驱动单元功率损失。Reference:https://www.eplus3d.com/3d-printed-exhaust-pipe-applied-on-ford-mustang.html- 优势：高抗温性能，重量减轻41.6%，性能提升- 案例：布加迪Chiron跑车的制动卡钳提供了使用增材技术的一个例子。该组件由高强度钛合金Ti6Al4V制成，并在实际工作条件下进行了测试，展示了其对正常制动操作期间发生的高温的高抗性。- 工艺：未指明具体的增材制造工艺，但使用了生成设计，可以使用SLM或BJ打印- 案例：T. Briard等人提出了生产汽车安全带支架的方案。![]()
Reference: TBriard, T.; Segonds, F.; Zamariola, N. G-DfAM: A methodological proposal of generative design for additive manufacturing in the automotive industry. Int. J. Interact. Des. Manuf. 2020, 14, 875–886.
- 案例：E. Bassoli等人提到DfAM(面向增材制造的设计)的一个例子。案例旨在优化电机支架的拓扑并制造它。![]()
Reference：Bassoli, E.; Defanti, S.; Tognoli, E.; Vincenzi, N.; Degli Esposti, L. Design for Additive Manufacturing and for Machining in the Automotive Field. Appl. Sci. 2021, 11, 7559.- 工艺：未指明具体的增材制造工艺，但使用了生成设计，SLM BJ均可考虑- 来源：N. Zhao等人展示了使用增材制造设计日产品牌传感器支架。![]()
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使用生成设计和增材制造技术与传统制造方法相比重量减少了42%。Reference：Zhao, N.; Parthasarathy, M.; Patil, S.; Coates, D.; Myers, K.; Zhu, H.; Li, W. Direct additive manufacturing of metal parts for automotive applications. J. Manuf. Syst. 2023, 68, 368–375. - 来源：BMW用增材开发了i8 Roadster的车顶附件。![]()
通过生成设计，组件的几何形状已经优化，以确保稳定和安全地连接到剩余的车身组件。通过使用现代设计和制造技术，与使用传统方法生产的组件相比，组件的重量减轻了44%。比亚迪再招3D打印人才？看完这篇文章，领悟汽车制造未来。
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