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MIT研发3D打印模具钢用于一体化压铸模,特斯拉将推广该产品
发布日期:2022-11-03  来源:外媒报道  浏览次数:12594
核心提示:据外媒报告,麻省理工学院(MIT)两位本科生与德国研究生导师合作研发了一种新型钢材,用于一体车身部件压铸模具成型部件。 MIT
     据外媒报告,麻省理工学院(MIT)两位本科生与德国研究生导师合作研发了一种新型钢材,用于一体车身部件压铸模具成型部件。
      MIT大三学生Ian Chen与Kyle Markland在ASM材料教育基金会2022年本科生设计竞赛因该款3D打印钢合金荣获第三名。该合金的灵感来自于一种名为一体化压铸(Giga-casting)的创新制造方法,该方法被汽车制造商特斯拉推广,用于组装其纯电动车型Model Y。

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      Chen和Markland的项目源于去年春季的计算机材料设计课程,由MIT实践热计算教授Gregory Olson讲授。Olson是全球领先计算材料科学学者之一,该学科利用计算机建模和仿真来理解和设计新材料,其方法被苹果公司用于制作苹果电脑部件,并引起了特斯拉首席执行官埃隆马斯克的注意。
      特斯拉采用了Olson的计算方法来计算可以压铸的铝材料。汽车通常是用数以百计的压铸部件,如发动机气缸、支架和其他部件,制造出来的,随后这些压铸部件会在自动化生产线上被组装在一起,制成一辆汽车。一体化压铸以一体化压铸机(Giga Press)而得名,只需要铸造两至三个大型的汽车零件,可大大降低汽车制造工艺的复杂性和相关成本。
      当大规模批量生产时,热传递会变慢,循环时间会变长,即液态金属需要更长的时间才能冷却,最终整个工艺的效率更低、成本更高。“随型冷却”技术可以提供帮助。将冷却介质导入到可遵循或顺应被铸造物体形状的冷却通道,就可以加速冷却。
      所以,挑战出现了。SpaceX兼特斯拉材料工程副总裁Charles Kuehmann(Olson教授以前的学生)证实了此种需求:一种更好的模具钢是一种可打印的材料,能够被装入3D打印机,打印出具有更高强度和更好热性能的新模具。Olson教授表示:“传统钢材非常脆,如果试图打印,它们很容易破裂。”
      作为该学生团队的顾问,Olson寻求德国帕德博恩大学(Paderborn University),MIT访问学者Florian Hengsbach的帮助。Hengsbach的博士论文与该项目十分贴切:增材制造工具钢的设计。
      Hengsbach表示:“我们在帕德博恩会打印材料,对材料进行原子级表征,并确定工艺-微结构-性能之间的相关性。换句话说,了解材料在各种3D打印条件下的表现。
      当Hengsbach在欧洲研究时,Chen和Markland在马萨诸塞州的剑桥进行研究,团队开始使用CALPHAD(计算材料性能的方法)设计新金属。利用热力学材料模型,该研究小组可以预测新材料在不同条件下的表现。
      Hengsbach在帕德博恩的增材制造中心制作了该材料,并将其打印出来进行测试,制造了此种新型金属合金,将其熔化,雾化成微小的液滴,凝固成粉末,将粉末分层,在3D打印机中用激光将其熔化成一个物体。
       Hengsbach表示:“非常成功,我们设计了一种十分有发展前景的工具钢,其在导热性、硬度和韧性方面都有优越的性能,还能够被打印。”该种新金属还有其他潜在的制造用途,如用于塑料的注射成型,或者模压淬火,可以制成复杂形状的高强度钢,或者其他工艺,“任何你想要采用此种随型冷却通道的地方,都可以采用这种材料。”
      目前,该团队为此种新型可打印模具钢在美国提交了专利申请,下一步将在铸造模具中对该材料进行应用测试。此外,该团队还在与特斯拉进行谈判。
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