日本汽车制造商本田近日正式宣布，其在多个应用领域广泛使用金属增材制造（AM）技术，包括为本田红牛车队（F1）制造多种最终零部件。本田采用的是激光粉末床熔融3D打印技术，并使用尼康SLM解决方案的系统。通过这些技术，本田积累了丰富的增材制造工作流程优化和工艺参数调整的经验。
3D打印技术的优化
本田的工程师们利用金属增材制造技术来创建复杂形状的零部件，这些形状是传统铸造或锻造工艺无法实现的。为了实现高效生产，本田需要积累大量专业知识，例如减少支撑材料的使用量，并设计易于移除的形状。
在打印过程中，材料状态、激光照射强度、惰性气体流动以及产品在基板上的放置位置等条件，都是提高质量和效率的关键因素。因此，本田选择在内部设计和制造多种金属增材制造零部件。通过尝试多种条件来优化参数，例如使用相机拍摄每一层的熔化状态，检查温度和激光输出，从而积累经验。
为了优化参数，本田会在基板上放置一个测试件，调整激光输出和扫描速度等条件，并通过拉伸测试检查强度，以确定最佳值。在确定最佳值时，设置激光条件至关重要，以确保每层形成的熔珠（金属粉末熔化并固化后的部分）能够无缝重叠。如果激光功率不足，熔珠会过小，熔珠之间的间距和层厚（熔珠深度）也会不足，从而导致间隙。相反，如果功率过高，熔池在激光照射下产生的气体无法完全排出，会残留在内部。
生产效率的提升
当从用于原型阶段的小型成型区域的建模机转向用于最终产品制造的大型成型区域的3D打印机时，较大的成型空间更容易受到外部干扰。这是因为在气流速度较慢的下风区域，缺乏有效去除金属熔化时产生的烟雾和熔融金属飞溅物的能力，从而导致下风区域的成型出现问题。为解决这一问题，本田使用高速相机检查每一层的飞溅物去除状态，并通过风速传感器与风速分布进行对比，以确定问题原因。通过优化风速，本田能够在整个成型区域内实现高质量的生产条件。
金属粉末床熔融工艺需要每隔几十微米重复进行激光熔化，这使得零部件容易发生变形。传统方法是先制造零部件，然后进行测量，并根据测量数据调整参数。这一过程需要反复进行，以提高尺寸精度，但这种方法耗时且无法实现快速生产。因此，本田采用了变形预测模拟技术，减少试错次数。通过将模拟技术擅长的变形方法纳入设计中，优化建模姿态和支撑形状，从而能够快速制造出高尺寸精度的模型。
F1 零部件的增材制造应用
金属增材制造技术在F1赛车动力单元零部件中的应用是一个典型案例。本田为当前的车手世界冠军马克斯·维斯塔潘（红牛车队）提供发动机。利用金属增材制造技术，本田能够快速响应规格变更，制造出复杂、薄壁形状的零部件，这些零部件是传统制造技术无法实现的。其目标是缩短生产时间并降低成本。
以活塞为例，过去由锻造铝制成的活塞被3D打印钢活塞所取代，以使其能够承受随着发动机开发进程而增加的燃烧压力。尽管钢的比重高于铝，通常会更重，但通过应用金属增材制造技术，本田成功地使其比传统技术更轻。
涡轮增压器壳体是另一个例子。它们由镍基合金制成，过去通过精密铸造制造。涡轮增压器壳体比活塞更大，且有薄壁部分，因此在制造过程中容易发生变形。本田工程师成功地利用金属增材制造技术建立了有效的涡轮增压器壳体和活塞制造技术。在满足严格的尺寸标准的同时，他们还显著降低了成本和生产时间。这些零部件在2020赛季中期被引入，并为当年的胜利做出了贡献。
注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。
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