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

3D打印生產(chǎn)(chǎn)批量化的制動(dòng)器

制動(dòng)器方面，2018年布加迪發(fā)(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)(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(guān)止的性能測試。

迄今為止用于汽車(chē)零部件3D打印生產(chǎn)(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)成為粉末平臺激光熔融領(lǐng)域的專(zhuān)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)粉末平臺激光熔融3D打印技術(shù)(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)行的性能測試更是進(jìn)一步揭示了這一創(chuàng )(chuàng)新的產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)化前景，3D打印鈦制動(dòng)鉗將應用于規(guī)模生產(chǎn)(chǎn)的車(chē)輛。

根據(jù)百度百科，鉗盤(pán)式制動(dòng)器（caliper disc brake）是盤(pán)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(pán)，稱(chēng)為制動(dòng)盤(pán)。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(pán)兩側(cè)的夾鉗形支架中，總稱(chēng)為制動(dòng)鉗。制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)鉗共同構(gòu)成了鉗盤(pán)式制動(dòng)器。

盤(pán)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(pán)式制動(dòng)器和全盤(pán)式制動(dòng)器。鉗盤(pán)式制動(dòng)器散熱能力強，熱穩(wěn)定性好，故廣泛應用于大多數(shù)轎車(chē)和輕型貨車(chē)上。

國內(nèi)制動(dòng)器生產(chǎn)(chǎn)廠(chǎng)家包括上海汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)有限公司，大連鴻源機械制造有限公司，浙江正德制動(dòng)器有限公司，溫州市東啟汽車(chē)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(cháng)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)(shù)難度很大。而3D打印打開(kāi)了生產(chǎn)(chǎn)更加復雜的部件和難加工材料的可行性。

3D打印剎車(chē)片

談到制動(dòng)器的3D打印，就引出另外一個(gè)話(huà)題，那就是剎車(chē)片的3D打印，汽車(chē)剎車(chē)片，也叫汽車(chē)剎車(chē)皮，是指固定在與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)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)(chǎn)生摩擦作用從而達到車(chē)輛減速的目的。

據(jù)魔猴網(wǎng)(wǎng)了解，汽車(chē)剎車(chē)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)(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(chē)時(shí)被擠壓在剎車(chē)盤(pán)或剎車(chē)鼓上產(chǎn)(chǎn)生摩擦，從而達到車(chē)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(chē)片磨損得越快。摩擦材料使用完后要及時(shí)更換剎車(chē)片，否則鋼板與剎車(chē)盤(pán)就會(huì )直接接觸，最終會(huì )喪失剎車(chē)效果并損壞剎車(chē)盤(pán)。近幾年我國汽車(chē)剎車(chē)片市場(chǎng)規(guī)?？燜僭鯇L，從2010年的67.66億元增長(cháng)到2017年的294.15億元，年均復合增長(cháng)率23.36%。 從目前的情況來(lái)看，剎車(chē)片企業(yè)(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)(chǎn)品占全國生產(chǎn)(chǎn)量近80%。如中國剎車(chē)片的領(lǐng)軍企業(yè)(yè)山東金麒麟、山東信義、杭州杭城等。這些企業(yè)(yè)的產(chǎn)(chǎn)品市場(chǎng)覆蓋率遠遠超過(guò)其它品牌。

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

近幾年，國內(nèi)高鐵剎車(chē)片的研發(fā)(fā)與生產(chǎn)(chǎn)技術(shù)(shù)逐步得到突破，打破了國際公司壟斷的局面，其中包括天宜上佳、貴州新安航空機械、博深工具、北京瑞斯福等。隨著(zhù)金屬3D打印技術(shù)(shù)與應用面的深度結(jié)合，國內(nèi)出現(xiàn)了將金屬3D打印技術(shù)(shù)應用于制動(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)(shù)，西迪技術(shù)(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、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 )應用到剎車(chē)片這樣的應用領(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Fraunhofer研究機構(gòu)。Fraunhofer研究機構(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(cháng)絲制造技術(shù)(shù)來(lái)3D打印更硬的合金，為硬質(zhì)(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)(jīng)驗是否會(huì )應用到剎車(chē)片領(lǐng)域？