一文看懂3D打印在剎車制動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用

魔猴君  知識(shí)堂   2105天前

談到3D打印在制動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用，我們很容易聯(lián)想到的兩個(gè)典型應(yīng)用，一個(gè)是制動(dòng)器的3D打印，一個(gè)是剎車片的3D打印

3D打印生產(chǎn)批量化的制動(dòng)器

制動(dòng)器方面，2018年布加迪發(fā)布了其通過(guò)帶有四激光器的選擇性激光熔融3D打印技術(shù)所制造的世界首個(gè)3D打印的新型八活塞整體式制動(dòng)鉗。而近日，布加迪對(duì)3D打印的新型八活塞整體式制動(dòng)鉗進(jìn)行了令人嘆為觀止的性能測(cè)試。

迄今為止用于汽車零部件3D打印生產(chǎn)的主要材料是鋁，而布加迪新的制動(dòng)鉗由鈦制成。布加迪是與德國(guó)漢堡的Laser Zentrum Nord合作實(shí)現(xiàn)的，Laser Zentrum Nord中心自2018年初以來(lái)成為粉末平臺(tái)激光熔融領(lǐng)域的專家Fraunhofer弗勞恩霍夫研究所的一部分。

值得一提的是，布加迪通過(guò)粉末平臺(tái)激光熔融3D打印技術(shù)來(lái)制造新型八活塞整體式制動(dòng)鉗并不是僅僅用于原型，布加迪所進(jìn)行的性能測(cè)試更是進(jìn)一步揭示了這一創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)化前景，3D打印鈦制動(dòng)鉗將應(yīng)用于規(guī)模生產(chǎn)的車輛。

根據(jù)百度百科，鉗盤式制動(dòng)器（caliper disc brake）是盤式制動(dòng)器的一種。它的旋轉(zhuǎn)元件是以端面工作的金屬圓盤，稱為制動(dòng)盤。固定元件是工作面積不大的摩擦塊與其金屬背板組成的制動(dòng)塊，每個(gè)制動(dòng)器中有2~4個(gè)，這些制動(dòng)塊及其促動(dòng)裝置都裝在橫跨制動(dòng)盤兩側(cè)的夾鉗形支架中，總稱為制動(dòng)鉗。制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗共同構(gòu)成了鉗盤式制動(dòng)器。

盤式制動(dòng)器又根據(jù)其固定元件結(jié)構(gòu)形式的不同，分為鉗盤式制動(dòng)器和全盤式制動(dòng)器。鉗盤式制動(dòng)器散熱能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，故廣泛應(yīng)用于大多數(shù)轎車和輕型貨車上。

國(guó)內(nèi)制動(dòng)器生產(chǎn)廠家包括上海汽車制動(dòng)系統(tǒng)有限公司，大連鴻源機(jī)械制造有限公司，浙江正德制動(dòng)器有限公司，溫州市東啟汽車零部件制造有限公司等。布加迪改變了制動(dòng)器的現(xiàn)狀，其3D打印的制動(dòng)鉗長(zhǎng)41cm，寬21cm，高13.6cm，重量只有2.9公斤。與目前使用的重量為4.9公斤的鋁制部件相比，布加迪可以通過(guò)使用新的鈦合金部件確保更高的強(qiáng)度，并且使制動(dòng)卡鉗的減重約40％。之前想采用鈦合金材料來(lái)制造這樣的制動(dòng)鉗難度是非常大的，由于鈦材料的強(qiáng)度非常高，想像鑄造或鍛造鋁的常規(guī)方法那樣得到這樣的部件技術(shù)難度很大。而3D打印打開(kāi)了生產(chǎn)更加復(fù)雜的部件和難加工材料的可行性。

3D打印剎車片

談到制動(dòng)器的3D打印，就引出另外一個(gè)話題，那就是剎車片的3D打印，汽車剎車片，也叫汽車剎車皮，是指固定在與車輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤上的摩擦材料，其中的摩擦襯片及摩擦襯塊承受外來(lái)壓力，產(chǎn)生摩擦作用從而達(dá)到車輛減速的目的。

據(jù)魔猴網(wǎng)了解，汽車剎車片一般由鋼板、粘接隔熱層和摩擦塊構(gòu)成。其中，鋼板要經(jīng)過(guò)涂裝來(lái)防銹；隔熱層由不傳熱的材料組成；摩擦塊由摩擦材料、粘結(jié)劑組成，剎車時(shí)被擠壓在剎車盤或剎車鼓上產(chǎn)生摩擦，從而達(dá)到車輛減速和制動(dòng)的目的。由于摩擦作用，摩擦塊會(huì)逐漸被磨損，一般來(lái)講成本越低的剎車片磨損得越快。摩擦材料使用完后要及時(shí)更換剎車片，否則鋼板與剎車盤就會(huì)直接接觸，最終會(huì)喪失剎車效果并損壞剎車盤。近幾年我國(guó)汽車剎車片市場(chǎng)規(guī)模快速增長(zhǎng)，從2010年的67.66億元增長(zhǎng)到2017年的294.15億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率23.36%。 從目前的情況來(lái)看，剎車片企業(yè)主要集中在浙江、河北、湖北、廣東、福建等地區(qū)，這些地區(qū)的產(chǎn)品占全國(guó)生產(chǎn)量近80%。如中國(guó)剎車片的領(lǐng)軍企業(yè)山東金麒麟、山東信義、杭州杭城等。這些企業(yè)的產(chǎn)品市場(chǎng)覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它品牌。

而高鐵領(lǐng)域的剎車片，國(guó)際上只有德國(guó)、法國(guó)和日本等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠生產(chǎn)高速列車制動(dòng)閘片，其中德國(guó)克諾爾公司曾壟斷全球80%以上高鐵剎車片的市場(chǎng)。

近幾年，國(guó)內(nèi)高鐵剎車片的研發(fā)與生產(chǎn)技術(shù)逐步得到突破，打破了國(guó)際公司壟斷的局面，其中包括天宜上佳、貴州新安航空機(jī)械、博深工具、北京瑞斯福等。隨著金屬3D打印技術(shù)與應(yīng)用面的深度結(jié)合，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了將金屬3D打印技術(shù)應(yīng)用于制動(dòng)閘片的探索。

通過(guò)電子束選區(qū)熔融或激光選區(qū)熔融3D打印技術(shù)，西迪技術(shù)股份有限公司將耐磨層直接打印在鋼背表面，3D打印過(guò)程中采用的高能電子束能夠使閘片材料中各組分充分反應(yīng)、高度致密化，使得到的閘片具有較好的力學(xué)性能和摩擦性能。其實(shí)不難理解為什么3D打印會(huì)應(yīng)用到剎車片這樣的應(yīng)用領(lǐng)域。前文中提到的布加迪制動(dòng)鉗是由Laser Zentrum Nord制造出來(lái)的，而Laser Zentrum Nord屬于德國(guó)Fraunhofer研究機(jī)構(gòu)。Fraunhofer研究機(jī)構(gòu)在超硬材料方面頗有研究，F(xiàn)raunhofer IKTS 研究所的研究人員又找到了一種新的方法，目前他們可以使用熔融長(zhǎng)絲制造技術(shù)來(lái)3D打印更硬的合金，為硬質(zhì)合金的加工開(kāi)辟了一種新的途徑。Fraunhofer的這些制造超硬材料的3D打印經(jīng)驗(yàn)是否會(huì)應(yīng)用到剎車片領(lǐng)域？