新型汽車座椅后排模塊化扶手平臺(tái)激光選區(qū)熔化快速制造

文/吳江艷，李清茂·成都安道拓汽車部件系統(tǒng)有限公司

白晶斐，張學(xué)睿，門正興·成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院

導(dǎo) 語(yǔ)

為縮短汽車零部件開(kāi)發(fā)周期，探索汽車金屬類小型零件、鈑金件的快速制造工藝，對(duì)某新型汽車座椅后排模塊化扶手平臺(tái)20種、27個(gè)金屬零件開(kāi)展激光選區(qū)熔化成形（SLM）實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)模型修復(fù)、零件擺放優(yōu)化、薄壁類零件尺寸反補(bǔ)償?shù)裙に嚧胧?5h一次成形座椅后排扶手平臺(tái)所有零件，成形零件無(wú)表面缺陷，裝配后達(dá)到設(shè)計(jì)要求，整個(gè)流程共計(jì)5個(gè)工作日完成，大幅縮短扶手平臺(tái)研發(fā)周期，驗(yàn)證了激光選區(qū)熔化成形技術(shù)快速成形汽車中小型金屬零件、鈑金件的可行性。

鈑金類零件可以通過(guò)沖壓方式大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，在汽車、家電、醫(yī)療等領(lǐng)域大量應(yīng)用。傳統(tǒng)大批量鈑金件的制造一般采用沖壓工藝，而沖壓模具成本是鈑金類零件生產(chǎn)的主要成本之一。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，產(chǎn)品升級(jí)換代速度加快，導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)周期縮短、傳統(tǒng)沖壓工藝開(kāi)模成本高、工藝流程長(zhǎng)，無(wú)法滿足研發(fā)過(guò)程周期短、變化快的特點(diǎn)。激光選區(qū)熔化成形工藝能夠快速成形高質(zhì)量復(fù)雜鈑金件，目前在金屬零件快速制造領(lǐng)域正在大規(guī)模使用。

模塊化扶手平臺(tái)零件成形性能分析

新型模塊化扶手平臺(tái)金屬骨架共有27個(gè)金屬零件組成，如圖1所示，零件明細(xì)見(jiàn)表1。扶手平臺(tái)金屬骨架各零件大小不一，最大尺寸零件為上金屬骨架，尺寸為246mm×189mm×71mm，重909g；最小零件為鎖片襯套，尺寸為12mm×5mm，重4g。傳統(tǒng)新產(chǎn)品試制過(guò)程中，以上零件需要采用沖壓、數(shù)控加工以及線切割三種工藝方法完成，成形周期在1.5個(gè)月左右。

圖1 模塊化扶手平臺(tái)示意圖

表1 扶手平臺(tái)零件明細(xì)表

激光選區(qū)熔化成形

新型模塊化扶手平臺(tái)金屬骨架選用粒徑分布為25～53μm、松裝密度為4.18g/cm3的18Ni300馬氏體時(shí)效鋼真空氣霧粉。18Ni300主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為17.70 Ni、0.72 Ti、9.05 Co、0.077 Al、4.70 Mo、0.025 Si、0.031 Cr、0.022 Mn、0.007 C。試驗(yàn)采用GF SLM成形設(shè)備DMP Flex350，如圖2所示。18Ni300材料成形主要參數(shù)：激光功率220W，激光掃描速度1000mm/s，單層成型厚度0.03mm，掃描間距0.01mm。

圖2 激光選區(qū)熔化成形設(shè)備DMP Flex350

單激光選區(qū)熔化成形設(shè)備一般成形范圍在270mm×270mm×350mm左右，DMP Flex350成形范圍為275mm×275mm×380mm。為一次性將扶手平臺(tái)金屬骨架零件打印完成，對(duì)骨架零件進(jìn)行了激光選區(qū)熔化零件排版，如圖3所示。扶手平臺(tái)金屬骨架零件的激光選區(qū)熔化過(guò)程體現(xiàn)了3D打印多零件一次成形的特點(diǎn)，最大限度地提高了增材制造的制造效率。

圖3 零件激光選區(qū)熔化零件排版

工藝方案驗(yàn)證

激光選區(qū)熔化成形模塊化扶手平臺(tái)零件如圖4所示，打印時(shí)間為65h。模塊化扶手平臺(tái)零件27個(gè)金屬零件一版打印成形，零件表面均無(wú)缺陷，平行于打印方向表面粗糙度值可達(dá)到Ra2.5 μm，垂直于打印方向表面粗糙度較低，未觀察到支撐脫落、零件變形等情況。采用線切割方式將零件與基板分離，得到模塊化扶手平臺(tái)零件如圖5所示，零件去除支撐后簡(jiǎn)單打磨即可達(dá)到使用要求，裝配后的新型汽車座椅后排模塊化扶手平臺(tái)如圖6所示，上車測(cè)試后達(dá)到設(shè)計(jì)要求，新型汽車座椅后排模塊化扶手平臺(tái)從接受圖紙到實(shí)現(xiàn)裝配用時(shí)5個(gè)工作日。

圖4 SLM成形的零件

圖5 去支撐后座椅扶手平臺(tái)零件

圖6 后座椅扶手平臺(tái)組裝圖

采用傳統(tǒng)沖壓工藝進(jìn)行鈑金類零件試制耗費(fèi)大量人力物力，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足目前市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)對(duì)產(chǎn)品研發(fā)周期的要求；同時(shí)，激光選區(qū)熔化成形工藝雖然能夠在無(wú)模的情況下快速成形各種零件，但是成形尺寸有限，零件成本較高。未來(lái)單件小批量鈑金類零件試制應(yīng)根據(jù)零件特點(diǎn)進(jìn)行多種成形工藝的聯(lián)合制作，從而在降低成本的同時(shí)縮短制作周期，以下加工方法可供參考：1)簡(jiǎn)單平板類零件采用激光切割；2)簡(jiǎn)單折彎類零件采用萬(wàn)能數(shù)控折彎?rùn)C(jī)；3)規(guī)則板狀零件采用數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床；4)較復(fù)雜殼類零件采用單點(diǎn)漸進(jìn)成形+激光切割；5)小型復(fù)雜件采用激光選區(qū)熔化成形。