NextGen Spaceframe（次世代空間架構(gòu)）詳情

 

NextGen Spaceframe（次世代空間架構(gòu)）由增材制造的 3D 節(jié)點(diǎn)和智能加工的鋼制型材組合而成。節(jié)點(diǎn)可以在現(xiàn)場根據(jù)不同的車型采用“Just in Sequence”（JIS，準(zhǔn)時(shí)化順序供應(yīng)）方式制造。重點(diǎn)是將單個(gè)部件接合成混合結(jié)構(gòu)，以便制造出經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)構(gòu)，但這一點(diǎn)目前尚無法實(shí)現(xiàn)。

 

連接時(shí)采用的是焊縫細(xì)小、熱輸入低的激光焊接法。其幾何基礎(chǔ)是，需要將型材完全套入其中，這一點(diǎn)可以通過對型材進(jìn)行 3D 測量并按需進(jìn)行增材制造來實(shí)現(xiàn)。這種連接方式可以在對部件進(jìn)行良好預(yù)定位的同時(shí)，在較大連接長度上實(shí)現(xiàn)整圈焊接。型材將自動通過節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對準(zhǔn)和固定。使用盤形激光器和機(jī)器人引導(dǎo)的光學(xué)元件。此外，用于制造型材和節(jié)點(diǎn)的激光技術(shù)可以在裝配過程中實(shí)現(xiàn)高度自動化。這種設(shè)計(jì)在成本結(jié)構(gòu)和節(jié)省時(shí)間方面提供了巨大潛力。

 

增材制造的節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)不同負(fù)載級別進(jìn)行調(diào)整，例如在負(fù)載要求較高時(shí)可增添加固元件。這樣，每一款車型都能實(shí)現(xiàn)重量和功能優(yōu)化。

 

在本案中，EDAG Engineering GmbH 負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和優(yōu)化 Spaceframe（空間架構(gòu)），Laser Zentrum Nord GmbH 負(fù)責(zé)激光焊接，BLM Group 負(fù)責(zé) 3D 彎曲和激光切割，而 Concept Laser GmbH 則負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的增材制造。只有合作伙伴之間的跨學(xué)科合作和各個(gè)技術(shù)專家的高超能力才能確保這個(gè)項(xiàng)目成功變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。  

 

NextGen Spaceframe（次世代空間架構(gòu)）節(jié)點(diǎn)的增材制造

 

Concept Laser 的 LaserCUSING® 工藝可直接根據(jù) 3D-CAD 文件逐層生成部件。通過該方法無需使用刀具即可生產(chǎn)出具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的部件。它可以制造出使用傳統(tǒng)制造工藝極難或根本無法制造的部件。本設(shè)計(jì)中的節(jié)點(diǎn)均無法使用傳統(tǒng)的鑄鋼工藝制造。為了確保結(jié)構(gòu)無缺陷，需要在與構(gòu)造平臺夾角小于45°的平面上設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)。該支撐結(jié)構(gòu)除了具備單純的支撐功能外，主要還用于承受內(nèi)部應(yīng)力并防止部件翹曲。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的幾何結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以良好的支撐準(zhǔn)備是成功生產(chǎn)的基礎(chǔ)。完成支撐準(zhǔn)備之后，將通過虛擬形式把部件切割成單層。在將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LaserCUSING 設(shè)備上之后，將分配相應(yīng)的過程參數(shù)，然后啟動構(gòu)造過程。這些節(jié)點(diǎn)均在 Concept Laser 的 X line 1000R 設(shè)備上制造而成，該設(shè)備具有適用于此項(xiàng)目的構(gòu)造空間 (630 x 400 x 500 mm3) 并配有 1 kW 的激光器。在基于粉末床的金屬激光熔融領(lǐng)域，只有同樣來自 Concept Laser 的全新 X line 2000R 才能提供更大的構(gòu)造空間 (800 x 400 x 500 mm3)，且該設(shè)備還配備了 2 x 1kW 激光器。

 

 

圖3：X line 1000R 的后繼型號，Concept Laser 的 X line 2000R（構(gòu)造空間：800 x 400 x 500 mm3），配備了兩臺 1kW 激光器。[圖片來源：Concept Laser GmbH]

 

結(jié)論：采用激光技術(shù)的數(shù)字化 3D 制造戰(zhàn)略

 

Spaceframe（空間架構(gòu)）設(shè)計(jì)結(jié)合了 3D 打印的優(yōu)勢，例如靈活性和輕量構(gòu)造潛力，以及成熟的型材構(gòu)造經(jīng)濟(jì)性。在這兩種技術(shù)中，激光都處于核心地位。經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了最大程度的輕量化和功能的高度整合。無論是節(jié)點(diǎn)還是型材，都可以在不增加成本的同時(shí)，根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)和負(fù)載要求進(jìn)行調(diào)整。因此，它們提供了根據(jù)負(fù)載級別對單個(gè)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)的可能。由此可見，主導(dǎo)思想是要根據(jù)車型的要求優(yōu)化進(jìn)行節(jié)點(diǎn)-型材構(gòu)造設(shè)計(jì)。結(jié)果就是得到了經(jīng)過負(fù)載路徑優(yōu)化的 Spaceframe（空間架構(gòu)）結(jié)構(gòu)。通過采用這種設(shè)備和刀具使用較少的方法，將來所有車身類型都將能夠經(jīng)濟(jì)地制造并具有最高靈活性。