在压铸件上3D打印增材结构

此方案是从标准压铸件（发动机支架）开始的，如图6灰色部分所示。例如，根据发动机类型和驱动概念的不同，借助LPA在其上构建加固结构、几何形状自由的连接元件和单独的几何形状区域。增材和常规区域之间的连接是通过打印焊接接头实现的。常规工艺制造出来的铝压铸本体组件包含不规则分布的孔隙（图7a）。如果LPA中的周围材料发生熔化，则处于压力下的封闭孔隙就会发生鼓胀，并出现所谓的起泡情况（图7b）。随着气体从熔体中上升，反复重熔降低了孔隙含量。但是，用这种方式无法得到一致结果。因此，在真空工艺下压铸出来的本体（在本体中只有少量具有较低内压的孔隙）被用在了工艺开发过程中。这样就可以防止发生起泡。如在横截面（图7c）中所看到的那样，无孔打印涂层是可以实现的。

在试验中获得的焊接参数不仅得到了进一步优化，而且可根据较小功能结构和大体积结构的增材打印涂层进行调整。借助这些参数还可以生产出混合拉伸试样。相较于文献资料中的信息，这些试验中得出的特性数值略低（表1），但它们符合汽车行业的要求。另外，这些试验还表明，连接区域通过了所有试验方案的考验。

在确定了机械特性数值之后，第一批演示器主体被安装在了奥迪股份公司提供的发动机支架上（图8a）。计算机断层扫描能够证明，借助LPA引入的加固筋几乎不会产生任何孔隙。

只有在压铸接点和增材制造结构之间的过渡区域，孔隙才会因起泡现象而被包围（图8b）。对整个组件的研究表明，这些孔隙在应用中并不重要。对样品进行的机械测试和腐蚀试验得出的结果始终是积极并且符合汽车行业要求的。

为了表明铸造策略与额外改进的LPA结构策略之间的结合几乎完全可以防止出现气泡，我们另外准备了两个样品并对其进行了CT分析（图9）。图9a中的样品清楚表明，由于在铸造过程中有较少的气体被包裹及压缩（在后续加工过程中会导致出现气泡），因此，在真空压铸过程中，连接区域产生了较少孔隙。工艺策略的调整体现了工艺的进一步的改进。由于在图9中示出的样品中，本体结构可以使其更好地进入机械加工头中，因此，可以在喷嘴和本体之间以更好的加工角度进行工作。这又降低了样品中的剩余孔隙率（图9b）。

由铸造和增材构成的两种混合生产路线得到了成功演示。因此，将来有可能通过与增材制造工艺相结合以制造出基于铸造模具的多种组件变型。这样一来，高昂的模具成本就被分摊到了多个组件上，从而可以实现更经济的生产方式。这为汽车制造提供了全新的可能性。得益于混合制造路线，可以通过增材制造工艺对数量众多的小型汽车中的零件进行改装或加固，从而在将来可以对通用铸造零件进行有针对性的衍生加工。对汽车开发的重新思考可以实现扩展的通用零件策略。#压铸#