快訊

美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的最新研究表明，3D打印金屬模具為大批量汽車零部件的生產提供了一條更快、更經濟、更靈活的新路徑。

這項在ORNL制造示范設施（MDF）進行的研究證實，大型增材制造非常適合制造復雜的金屬模具，其效率可能加速輕量化復合材料在汽車行業的應用。

工業級驗證的意義

項目選擇了汽車電池外殼模具作為驗證案例，這是一個具有復雜內部特征（內部加熱流道）的大型模具零件。

使用不銹鋼ER410焊絲打印的模具在Wabash MPI150噸液壓機上進行測試上成功通過了測試，證明了技術的工業應用潛力。

研究團隊與復合材料解決方案協作公司（CCS）—IACMI復合材料研究所的運營商合作進行概念驗證。

研究確認大型增材制造非常適合制造復雜金屬模具，其效率可能加速輕量化復合材料在汽車行業的應用。

傳統制造與3D打印的材料利用率對比

傳統上，金屬工具是通過從大型鍛鋼塊中減去材料制成的，這一過程會去除多達98%的原始材料，產生大量廢料，并且由于供應鏈延遲往往需要數月時間。

相比之下，增材制造逐層沉積金屬，使用廣泛可用的焊絲作為原料，將廢料最小化至約10%。

這種材料利用率的顯著提升展現了3D打印技術的優勢。

復雜幾何形狀的設計優勢

ORNL制造機器人與控制組的首席研究員Andrzej Nycz表示："形狀越復雜，增材制造就越有價值"。

增材制造允許工程師生產更復雜的模具幾何形狀，如內部加熱通道，這些用傳統機械加工很難實現。

這種設計能力為汽車模具制造提供了新可能。

電弧焊3D打印的技術驗證

研究團隊選擇了汽車電池外殼模具作為驗證案例，這是一個具有復雜內部特征的大型零件。

使用Lincoln Electric Additive Solutions的氣體保護金屬極電弧焊（GMAW）增材制造工藝，兩個近凈形模具由不銹鋼ER410焊絲打印而成。

GMAW工藝使用電弧熔化消耗性焊絲電極來逐層構建金屬并創建復雜部件，同時使用保護性屏蔽氣體防止污染。

團隊采用了專門的軌跡策略來減重，同時保持強度。

后續分析證實，輕量化模具滿足了結構性能要求，驗證了增材制造用于高性能生產工具的可行性。

從模具到零件的完整制造鏈條

AM易道再來梳理整個工藝流程：

ORNL團隊用GMAW電弧焊3D打印技術制造出不銹鋼模具，這個模具隨后被安裝到150噸液壓機上，用來壓制成型復合材料零部件—比如這次驗證的汽車電池外殼。

復合材料在這里是最終產品，而3D打印模具是生產工具。

傳統上，制造這樣的大型復合材料汽車零部件需要復雜昂貴的鋼制模具，交貨周期長且成本高昂。

現在有了3D打印模具，汽車制造商可以更快速、更經濟地獲得生產復合材料零部件的工具，從而加速輕量化材料在汽車上的應用。

結語
這個案例的價值在于它同時驗證了等多個關鍵技術領域的融合可能性。
當一些人還在討論3D打印是否能夠規模化應用時，此案例已經在用實際行動證明：
增材制造不是未來的技術，而是當下就能改變產業格局的現實工具。
這種跨領域技術整合的成功，預示著制造業正在迎來一個技術邊界逐漸模糊、應用場景不斷拓展的。

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