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汽車制造

重磅:剎車盤金屬涂層新規(guī),激光熔覆金屬3D打印市場有望爆發(fā)

星之球科技 來源:南極熊3D打印網(wǎng)2021-11-30 我要評(píng)論(0 )   

歐盟推出一個(gè)新的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),2026年,所有的汽車剎車盤都需要做一個(gè)表面處理——一項(xiàng)新的金屬涂層,減少制動(dòng)粉塵,增加使用壽命、提升安全性。南極熊駐歐洲志愿者在F...

歐盟推出一個(gè)新的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),2026年,所有的汽車剎車盤都需要做一個(gè)表面處理——一項(xiàng)新的金屬涂層,減少制動(dòng)粉塵,增加使用壽命、提升安全性。南極熊駐歐洲志愿者在Formnext2021展會(huì)上看到,已經(jīng)有一家德國公司推出了專門針對(duì)這個(gè)金屬涂層的高速激光沉積金屬3D打印系統(tǒng),在剎車盤市場應(yīng)用空間非常大。激光送粉金屬3D打印廠商要注意把握這個(gè)機(jī)會(huì)。

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△使用極高速激光金屬沉積3D打印工藝涂覆剎車盤

有調(diào)查表明,制動(dòng)系統(tǒng)市場預(yù)計(jì)將從2021年的209億美元增長到2026年的265億美元,復(fù)合年增長率為4.9%。盤式制動(dòng)器細(xì)分市場預(yù)計(jì)將成為制動(dòng)類型最大的市場。然而,為了保障良好的制動(dòng)力、散熱性和磨損問題,剎車片的表面處理將會(huì)是未來的關(guān)鍵。3D打印技術(shù)或成為解決這一問題的途徑,撬動(dòng)未來的制動(dòng)系統(tǒng)市場。

常規(guī)的剎車盤通常采用灰鑄鐵(HT250)來制造,這種材料成本低、加工性能好。然而,缺點(diǎn)是活性高,與空氣接觸極易發(fā)生氧化,生成鐵銹。如果制動(dòng)盤在使用過程中遇水還會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),短時(shí)間就會(huì)產(chǎn)生銹斑。因此,表面處理工藝成了剎車盤性能的關(guān)鍵。

最常見的方法是在剎車盤的表面進(jìn)行涂層處理。多年來,研究人員嘗試了各種沉積技術(shù)進(jìn)行涂層轉(zhuǎn)化。但大部分過程相對(duì)復(fù)雜,并且在成本上也相對(duì)昂貴。隨著人們對(duì)健康和環(huán)境問題的關(guān)注度上升,對(duì)于剎車片表面處理以及報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格,這促使制動(dòng)系統(tǒng)市場向更加方便、快捷、經(jīng)濟(jì)的表面處理方式傾斜。南極熊發(fā)現(xiàn),有這樣一家3D打印公司似乎抓住了這一機(jī)遇。

CHIRON Group和AM Coating

德國CHIRON Group是世界領(lǐng)先的加工中心和解決方案供應(yīng)商之一,在全球范圍內(nèi)設(shè)有生產(chǎn)和開發(fā)基地、銷售和服務(wù)子公司和代理機(jī)構(gòu)。通過增材制造,集團(tuán)擴(kuò)展了金屬加工和自動(dòng)化核心競爭力,并提供完整的解決方案。這家公司有一種制動(dòng)盤涂層金屬3D打印系統(tǒng):AM Coating,使剎車盤涂覆兩個(gè)保護(hù)層,防止腐蝕和磨損,減少細(xì)小灰塵。

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△3D涂層的剎車片

AM Coating使用高速激光金屬沉積焊接3D打印工藝,可實(shí)現(xiàn)最短循環(huán)時(shí)間和最佳層附著力。為了覆蓋不同的細(xì)分市場,AM Coating將提供兩個(gè)版本:AM Coating SINGLE,用于開發(fā)工藝參數(shù)和小批量生產(chǎn)的較小系統(tǒng);AM Coating TWIN,用于批量生產(chǎn)的全自動(dòng)系統(tǒng)。

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△激光熔覆金屬3D打印的剎車片實(shí)拍,圖/南極熊駐歐洲志愿者

極高速激光金屬3D打印沉積 (EHLA)

為確保耐磨和耐腐蝕,同時(shí)加快保護(hù)層的涂覆過程,AM Coating使用了極高速激光金屬沉積3D打印工藝,簡稱EHLA。這是弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所 ILT 和亞琛工業(yè)大學(xué)開發(fā)的一種新涂層工藝,從標(biāo)準(zhǔn)激光金屬沉積工藝發(fā)展而來,非常適合制動(dòng)盤的涂層。

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△使用 EHLA 工藝涂層的成品制動(dòng)盤

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△AM Coating

EHLA的創(chuàng)新點(diǎn)在于:金屬粉末顆粒被吹入激光束并在那里熔化,而不是在熔池中熔化。因此,與標(biāo)準(zhǔn)激光金屬沉積相比,這種方法可實(shí)現(xiàn)更高的涂層速度。這和SPEE3D、Titomic等公司的冷噴涂技術(shù)似乎有些相似。不同的是,上述兩種冷噴涂技術(shù)通過將金屬粉末以超音速從噴嘴噴到基材上,發(fā)生塑性形變并粘附在基材表面上。

普通的激光材料沉積,產(chǎn)生的涂層厚度通常至少為半毫米。這會(huì)消耗大量材料,也使精加工變得更加復(fù)雜。相比之下,EHLA 工藝可生產(chǎn) 25 到 250 微米之間的非常薄的層。因此,涂層更純凈、更光滑,粗糙度降低到之前的 1/10 左右;材料利用率達(dá)90% 。因此,它具有極高的資源效率和經(jīng)濟(jì)性,這是在工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中使用的基本要求。

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△左側(cè),傳統(tǒng)激光熔覆焊接(LMD或激光金屬熔覆);右側(cè),極高速激光金屬熔覆 (EHLA)

目前,對(duì)于涂覆的常用技術(shù)是高速氧氣燃料(HVOF)涂層,這是一種熱噴涂工藝,能夠用于改善或恢復(fù)部件的表面性質(zhì)或尺寸,通過提高耐侵蝕、耐磨性和耐腐蝕性保護(hù)設(shè)備壽命。HVOF工藝通過專用噴嘴中產(chǎn)生的高溫高速燃燒火焰流,然后將粉末軸送入火焰中,形成致密、強(qiáng)粘附涂層。雖然這種方法十分有效,但是危險(xiǎn)性相當(dāng)高,對(duì)于操作員的技術(shù)要求也很高,無形中增加了使用成本。

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△工藝鏈從六個(gè)減少到四個(gè)步驟

與HVOF噴涂的熱涂層相比,AMCoating的EHLA工藝還擁有許多優(yōu)勢:無需對(duì)制動(dòng)盤進(jìn)行機(jī)械和熱預(yù)處理,工藝鏈從六個(gè)減少到四個(gè)步驟。除了高速之外,EHLA還有優(yōu)于氧氣燃料噴涂的優(yōu)勢:

通過分子鍵提高附著力

粉體利用率高

涂覆0.1毫米范圍內(nèi)的更薄層

具有不同特性和厚度的層

制動(dòng)盤的熱量輸入更低,熱影響區(qū)更小

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△激光熔覆金屬3D打印涂層的主軸,圖/南極熊駐歐洲志愿者

使用激光金屬沉積技術(shù)的AM Cube

南極熊了解到,除了AM Coating之外,這家公司還擁有一種使用激光技術(shù)沉積技術(shù)的3D金屬打印系統(tǒng):AM Cube,也可以實(shí)現(xiàn)剎車盤表面處理過程。激光金屬沉積技術(shù)將原料材料(基于Fe/Ni/Co)用激光束熔化,并通過冶金結(jié)合熔合到基材(鋼或鎳基合金)上。該工藝的好處之一是降低了熱負(fù)荷,非常適合修復(fù)損壞、在選定點(diǎn)加固部件以及通過材料沉積恢復(fù)部件的原始幾何形狀。

△AM Cube

這種沉積技術(shù)分為線基激光沉積(LMD-W)技術(shù)和粉末基激光沉積(LMD-P)技術(shù),再搭配AM Cube最多5軸的的機(jī)械臂控制系統(tǒng)和西門子的組件,能夠涂覆和修復(fù)尺寸最大為500毫米的部件、長達(dá)一米的圓柱形部件以及半成品的近凈形生產(chǎn)。

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△多軸控制系統(tǒng)

線基激光金屬沉積 (LMD-W):借助這項(xiàng)技術(shù),激光束將基材(在本例中為線材)熔化,然后熔化物融合在一起并固化。由于工件是逐層構(gòu)建的,因此可以創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀。線材的一大優(yōu)勢是高沉積率。激光的靈活性使這項(xiàng)技術(shù)適用于精細(xì)表面和大堆積率。AM Cube中的材料進(jìn)料采用同軸送絲形式,可在所有焊接方向上工作。材料以干凈的方式進(jìn)料,并100%被利用。為防止氧化,沉積過程在密封系統(tǒng)中使用保護(hù)氣體進(jìn)行。

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△激光金屬沉積- 線材 (LMD-W):1. 3光束激光器。2. 保護(hù)氣體噴嘴。3. 線嘴。4.保護(hù)氣區(qū)。5. 焊池。6. 焊道。7.粘附區(qū)。8. 基材。9. 線。

粉末基激光金屬沉積 (LMD-P):這個(gè)過程也用于AM Cube。在這種情況下,送入熔池的原料是粉末形式,非常適合薄涂層。同軸噴嘴使該過程適用于任何焊接方向。

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△激光金屬沉積- 粉末 (LMD-P):1. 激光束。2. 粉嘴。3. 粉。4.保護(hù)氣區(qū)。5. 焊池。6. 焊道。7.粘附區(qū)。8. 基材。

從“一點(diǎn)”出發(fā),帶動(dòng)3D打印技術(shù)

或許你會(huì)覺得,這樣一個(gè)小應(yīng)用并不是非?!拔Α薄5?,隨著全球電動(dòng)汽車、飛機(jī)等交通工具的飛速發(fā)展,制動(dòng)系統(tǒng)成了安全必不可缺的一環(huán),需求量和普及率相當(dāng)可觀。有報(bào)告指出,亞太制動(dòng)系統(tǒng)市場估計(jì)是增長最快的區(qū)域市場。中國、日本、韓國和印度越來越多地采用先進(jìn)的制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)。到2026年,中國乘用車產(chǎn)量預(yù)計(jì)將達(dá)到2400萬輛,為國內(nèi)外制動(dòng)系統(tǒng)制造商提供了巨大的機(jī)遇。不僅乘用車,2026年,卡車也將達(dá)到200萬輛。

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△切割環(huán)

如此大規(guī)模的需求勢必對(duì)生產(chǎn)效率和速度有相當(dāng)高的刺激作用。尤其是在疫情影響之后,市場更青睞于靈活、快速的制造方式。3D打印在此時(shí)入局加速了這項(xiàng)應(yīng)用的發(fā)展,或許也將反作用于技術(shù)本身的推廣,相輔相成。期待未來還會(huì)有更多這樣的成功案例,讓更多的人看到這項(xiàng)技術(shù)的未來!

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△國內(nèi)外做激光送粉金屬3D打印的廠商,即將迎來一個(gè)全新的量產(chǎn)級(jí)規(guī)模應(yīng)用市場。圖片/2021年中國3D打印格局


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