NextGen Spaceframe（次世代空間架構(gòu)）詳情

 

NextGen Spaceframe（次世代空間架構(gòu)）由增材制造的 3D 節(jié)點和智能加工的鋼制型材組合而成。節(jié)點可以在現(xiàn)場根據(jù)不同的車型采用“Just in Sequence”（JIS，準時化順序供應）方式制造。重點是將單個部件接合成混合結(jié)構(gòu)，以便制造出經(jīng)過拓撲優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，但這一點目前尚無法實現(xiàn)。

 

連接時采用的是焊縫細小、熱輸入低的激光焊接法。其幾何基礎(chǔ)是，需要將型材完全套入其中，這一點可以通過對型材進行 3D 測量并按需進行增材制造來實現(xiàn)。這種連接方式可以在對部件進行良好預定位的同時，在較大連接長度上實現(xiàn)整圈焊接。型材將自動通過節(jié)點進行對準和固定。使用盤形激光器和機器人引導的光學元件。此外，用于制造型材和節(jié)點的激光技術(shù)可以在裝配過程中實現(xiàn)高度自動化。這種設(shè)計在成本結(jié)構(gòu)和節(jié)省時間方面提供了巨大潛力。

 

增材制造的節(jié)點可以根據(jù)不同負載級別進行調(diào)整，例如在負載要求較高時可增添加固元件。這樣，每一款車型都能實現(xiàn)重量和功能優(yōu)化。

 

在本案中，EDAG Engineering GmbH 負責設(shè)計和優(yōu)化 Spaceframe（空間架構(gòu)），Laser Zentrum Nord GmbH 負責激光焊接，BLM Group 負責 3D 彎曲和激光切割，而 Concept Laser GmbH 則負責節(jié)點的增材制造。只有合作伙伴之間的跨學科合作和各個技術(shù)專家的高超能力才能確保這個項目成功變?yōu)楝F(xiàn)實。  

 

NextGen Spaceframe（次世代空間架構(gòu)）節(jié)點的增材制造

 

Concept Laser 的 LaserCUSING® 工藝可直接根據(jù) 3D-CAD 文件逐層生成部件。通過該方法無需使用刀具即可生產(chǎn)出具有復雜幾何結(jié)構(gòu)的部件。它可以制造出使用傳統(tǒng)制造工藝極難或根本無法制造的部件。本設(shè)計中的節(jié)點均無法使用傳統(tǒng)的鑄鋼工藝制造。為了確保結(jié)構(gòu)無缺陷，需要在與構(gòu)造平臺夾角小于45°的平面上設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)。該支撐結(jié)構(gòu)除了具備單純的支撐功能外，主要還用于承受內(nèi)部應力并防止部件翹曲。因為節(jié)點的幾何結(jié)構(gòu)較為復雜，所以良好的支撐準備是成功生產(chǎn)的基礎(chǔ)。完成支撐準備之后，將通過虛擬形式把部件切割成單層。在將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LaserCUSING 設(shè)備上之后，將分配相應的過程參數(shù)，然后啟動構(gòu)造過程。這些節(jié)點均在 Concept Laser 的 X line 1000R 設(shè)備上制造而成，該設(shè)備具有適用于此項目的構(gòu)造空間 (630 x 400 x 500 mm3) 并配有 1 kW 的激光器。在基于粉末床的金屬激光熔融領(lǐng)域，只有同樣來自 Concept Laser 的全新 X line 2000R 才能提供更大的構(gòu)造空間 (800 x 400 x 500 mm3)，且該設(shè)備還配備了 2 x 1kW 激光器。

 

 

圖3：X line 1000R 的后繼型號，Concept Laser 的 X line 2000R（構(gòu)造空間：800 x 400 x 500 mm3），配備了兩臺 1kW 激光器。[圖片來源：Concept Laser GmbH]

 

結(jié)論：采用激光技術(shù)的數(shù)字化 3D 制造戰(zhàn)略

 

Spaceframe（空間架構(gòu)）設(shè)計結(jié)合了 3D 打印的優(yōu)勢，例如靈活性和輕量構(gòu)造潛力，以及成熟的型材構(gòu)造經(jīng)濟性。在這兩種技術(shù)中，激光都處于核心地位。經(jīng)過拓撲優(yōu)化的節(jié)點實現(xiàn)了最大程度的輕量化和功能的高度整合。無論是節(jié)點還是型材，都可以在不增加成本的同時，根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)和負載要求進行調(diào)整。因此，它們提供了根據(jù)負載級別對單個零件進行設(shè)計的可能。由此可見，主導思想是要根據(jù)車型的要求優(yōu)化進行節(jié)點-型材構(gòu)造設(shè)計。結(jié)果就是得到了經(jīng)過負載路徑優(yōu)化的 Spaceframe（空間架構(gòu)）結(jié)構(gòu)。通過采用這種設(shè)備和刀具使用較少的方法，將來所有車身類型都將能夠經(jīng)濟地制造并具有最高靈活性。