双座小型EV的CFRP车身 革新性制造技术是?
2015/5/6 10:48:14 来源:日经技术在线 关键词:聚风塑料网
【中塑在线讯】Forget what you know about Automotive Manufacturing(忘掉以前的汽车制造方式)!这一振奋人心的口号是位于美国亚利桑那州的Local Motors公司提出的。该公司是用户参与型产品制造企业。
上图为Local Motors制造的可以实际行驶的双座小型纯电动汽车(EV)*1。
值得关注的是碳纤维增强复合材料(CFRP)车身的制造方法。这种号称全球首次采用的革新性制造方法究竟是什么呢?
*1 该车由Local Motors与美国制造技术协会(Association for Manufacturing Technology,AMT)、辛辛那提机床公司(Cincinnati)及橡树岭国家实验室(ORNL)共同制造。
答案是利用尺寸与机床相当的大型3D打印机进行层叠造型。
这款小型EV“Strati”的CFRP车身是用可从内置加热器的可动打印头喷出热可塑性树脂的FDM(熔融沉积成型)式3D打印机制造的。虽然FDM式打印机目前已广泛普及,但从未在比较现实的时间内制造出过像汽车车身这样大的产品。Local Motors当前的目标是,成为全球首家使用3D打印机制造汽车的汽车厂商。
此次用于造型的3D打印机是美国机床厂商辛辛那提开发的“BAAM(Big Area Additive Manufacturing)CI”(上图左侧)。该打印机以3轴控制加工中心(MC)为基础,在抓握刀具的主轴部分安装了3D打印机的打印头。
巨大的造型工作台为2000×4000mm,在上面分层叠加了CFRP(图1)。高度方向的最大造型尺寸为870mm。该车身共花费44个小时叠加了212层CFRP*2。
*2 挡泥板是用另外的3D打印机成型的,完成后用螺栓固定在车身上。另外,车身以外的EV用部件是从法国雷诺(Renault)公司采购的。
图1:利用以3轴控制MC为基础开发的3D打印机来进行部件的层叠造型。
图2:为了消除层叠造型所产生的表面凹凸(高低差),用5轴控制MC进行了精加工。
不过,完成层叠造型后的车身表面存在明显的凹凸(层叠高度差)。因此,Local Motors在用大型3D打印机造型之后,又用龙门式5轴控制MC的立铣刀等切削了凹凸部分,将车身表面加工得较为光滑(图2)。
车身材料是以15%的质量比例在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中添加碳纤维所形成的CFRP。普通FDM式打印机一般以细长线材(Filament)作为供料,而该3D打印机则以颗粒状树脂作为供料(图3)。这是因为Local Motors认为,使用CFRP之类的复合材料时,颗粒状更为合适。
图3:用作车身材料的CFRP颗粒。
图4:在车身上手工安装各部件,组装成一辆小型EV。
Local Motors在2014年9月8~13日于芝加哥举行的美国机床展“International Manufacturing Technology Show 2014(IMTS 2014,国际工业自动化展览会,通称芝加哥机床展)”会场(McCormickPlace,麦考密克会展中心),实施了在车身上手工安装各部件来制作小型EV的演示(图4)。并在芝加哥机床展的最后一天进行了实际驾驶。
这款小型EV的最高速度约为80km(50英里)/h。配备了容量为6.1kWh的电池,充满电需要3.5小时的时间。充满电之后可行驶约100km(62英里)。
Local Motors的目标是将车身造型时间缩短至24小时以内,计划2015年用3D打印机制造出产品级别的汽车。