4種加工方式對比凸顯大尺寸工件一體成型巨大優勢

文章導讀：

 HVAC是英文Heating Ventilating Air Conditioning的縮寫，即采暖、通風與空調，是安裝在汽車儀表臺下具有加熱、通風、空氣調節功能的單元，包含鼓風機總成、加熱器芯體、蒸發器芯體、混合風門、模式風門等主要部件。

汽車空調HVAC塑料殼體及風道，是汽車車身內飾中比較大的塑料零部件，它起著承載或裝配其他零部件的作用，對于其強度、耐沖擊、耐高溫及腐蝕等要求比較嚴格，是HVAC中比較重要的零部件。

華曙高科與武漢薩普汽車科技有限公司合作，通過CAMS連續增材制造解決方案HT1001P一體成型全球最大的3D打印尼龍件——汽車空調HVAC殼體，該工件結構復雜，長度達950mm，寬度達450mm，建造時間僅10小時，效率比普通3D打印設備提升了4倍(注：普通3D打印設備以成型尺寸400×400×450mm為例)，且其強度、精度完全符合要求。

1.傳統工藝如何制造HVAC殼體

采用傳統方法快速制作空調殼體的步驟如下：

[CNC制作：單套產品耗時62小時左右]

工藝弊端：耗時較長，成本較高，對人員技術要求較高。

由于CNC加工工藝局限，對結構高度超過100mm的部分需進行拆解，一般情況下一件殼體會拆成5-8塊，由于CNC加工刀具的直徑不能太細，刀具長度不能太長，需要對加工件重復定位裝夾。尺寸精度很大程度依賴于后處理拼接人員的處理經驗，且結構強度較差。

第一步：對三維數據進行結構拆件，并對每件拆解件進行編程，分別提交給CNC設備加工。

所需時間：4-6小時/人

第二步：分別對拆解件進行手工修整，打磨和粘接。

所需時間：4-6小時/人

第三步：采用CNC銑床對樣件進行后處理加工。

所需時間：50小時左右

[硅膠模制作：單套產品耗時約120小時]

工藝弊端：單件成本高，時間長，精度差。

一套硅膠?？梢苑€定澆筑20套左右產品，適合小批量生產，但不適合5套以內的生產，同時硅膠和液態材料在固化過程中存在比較大的收縮，導致產品尺寸精度很難保證，一般在0.5mm/100mm以上。

第一步：制作原型件，一半采用SLA工藝直接打印一件產品。

所需時間：70小時左右/臺

第二步：將SLA產品放入容器中，再向容器中導入硅膠，靜等硅膠固化。

所需時間：一般硅膠完全固化需要6小時左右。

第三步：將固化的硅膠模割開，取出中間的SLA原型件報廢掉，再合上硅膠模，在真空澆注機中通過澆筑口向硅膠模內部注入液態材料，并加熱固化。

所需時間：一般固化需4小時左右;

第四步：分開硅膠模，取出零件，對產品的飛邊修減打磨，形成產品。

所需時間： 約6小時/人

另外，傳統生產是建立在一條生產線上，大尺寸汽車部件需要人工組裝，產品的部件越多，所花費的時間成本和人力成本就越多。3D打印一體成型，不需要組裝，縮短了供應鏈，節省了勞動力和運輸方面的花費，供應鏈越短，污染也越少。

2.為什么要使用3D打印制造HVAC殼體

1.復雜結構一體成型

傳統的汽車制造工藝往往需要特殊的沖壓模具，費時費力，設計方面受到工藝影響具有諸多限制，陷入創新思維向工藝妥協的怪圈。比如在HVAC殼體制造過程中，其內部有很多凹槽、卡扣類結構，手辦件難以開模制作，且費用昂貴。

華曙高科3D打印技術以逐層累加的方式完成加工，將HVAC殼體的三維復雜的不規則曲面、鏤空異形結構，轉化為簡單的平面結構進行成型，突破了傳統加工技術的壁壘，可一次成型，相比之下更加具有優勢。

2.研發成本下降95%

導致汽車制造企業生產成本居高不下的原因主要有零部件開模費用昂貴、材料利用率低及人力成本高等因素。選擇合適的沖壓工藝、不斷優化模具結構、充分考慮材料利用率和提升技術創新力等，直接決定著汽車制造成本，對整車成本控制具有十分重要的意義。

以該HVAC殼體為例，通過傳統工藝進行結構設計，需要多次開模，開模的成本一次可能需要60萬左右，而單次使用3D打印生產的成本費用僅為2.5萬左右，加工成本下降約95%，大大提高了市場競爭力。

3.研發周期大幅縮短

整車開發周期對產品投放市場的時機有著決定性的影響，但從產品規劃直至投放市場，是一個冗長復雜的過程。整車研發流程最長需要經歷57個月，主要包括部件研發及集成、系統驗證及汽車制造和質量控制。制造工作中最耗時的工作就是工裝設備的制造以及模具的開發，時間前后加起來要接近一年。

華曙高科3D打印技術優勢在于能快速更改設計差錯、提高生產效率、降低開發成本。相較于傳統的模具開發，以及鍛造、鑄造等復雜的工藝，簡化了中間環節，縮短開發周期。相對于傳統工藝制作模具的開發周期，3D打印時間大幅縮短。

3.普通尺寸3D打印解決方案

圖為HVAC殼體整體結構及尺寸

由于該樣件長達950mm, 成型尺寸的限制，普通的3D打印設備制作這類大型工件，需分割成若干個工件，打印完后再進行拼接、打磨，對于工件強度和精度的控制是一個非常大的挑戰。以成型尺寸為400×400×450mm的設備為例，共需花費48小時，比硅膠模制作時間縮短60%，比CNC制作時間縮短84%。

4.CAMS 3D打印解決方案

2018年3月，工業級3D打印領航企業華曙高科，全球首發革命性的"連續增材制造解決方案(Continuous Additive Manufacturing Solution)CAMS"全球最大高溫尼龍3D打印設備HT1001P，獲得市場的極大關注，國內外多家汽車、Service Bureau等產業化客戶紛紛咨詢合作。

CAMS一體成型HVAC時間僅需10小時，大幅提升工作效率，且工件強度、精度更優異。

秉承將3D打印轉變為真正的直接制造的理念，HT1001P專為增材制造產業化量身定制，其成型速率為15L/h，是迄今為止全球最快的建造速度。與此同時，HT1001P擁有迄今為止全球最大的成型體積，1000×500×450mm的超大成型缸，可實現大型產品的一體化成型和小型產品的批量化生產，生產效率接近100%。其具備的高溫燒結能力，可打印FS6028PA(PA6)、PA12等燒結溫度在220℃以下的材料，使產品性能更優異。

汽車空調HVAC不同工藝成型效率對比 

總 結CAMS的誕生，使這類超大工件的一體成型變得"輕而易舉"，適合于汽車、航空航天等領域大尺寸樣件制造，其模塊化設計使設備使用效率從普通3D打印設備的50%提升至接近100%，還完全省去拼接以及拼接部位打磨的工藝。整個HVAC空調殼體建造時間僅10小時，效率比普通3D打印設備提升了4倍，且其強度、精度更優異。