HVAC是英文Heating Ventilating Air Conditioning的縮寫(xiě)，即采暖、通風(fēng)(fēng)與空調(diào)，是安裝在汽車(chē)儀表臺(tái)下具有加熱、通風(fēng)(fēng)、空氣調(diào)節(jié)功能的單元，包含鼓風(fēng)(fēng)機(jī)總成、加熱器芯體、蒸發(fā)(fā)器芯體、混合風(fēng)(fēng)門(mén)、模式風(fēng)(fēng)門(mén)等主要部件。

汽車(chē)空調(diào)HVAC塑料殼體及風(fēng)(fēng)道，是汽車(chē)車(chē)身內(nèi)飾中比較大的塑料零部件，它起著(zhù)承載或裝配其他零部件的作用，對(duì)于其強(qiáng)度、耐沖擊、耐高溫及腐蝕等要求比較嚴(yán)格，是HVAC中比較重要的零部件。

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日前有公司，通過(guò)(guò)CAMS連續(xù)增材制造解決方案HT1001P一體成型全球最大的3D打印尼龍件——汽車(chē)空調(diào)HVAC殼體，該工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長(cháng)(zhǎng)度達(dá)950mm，寬度達(dá)450mm，建造時(shí)(shí)間僅10小時(shí)(shí)，效率比普通3D打印設(shè)備提升了4倍(注：普通3D打印設(shè)備以成型尺寸400×400×450mm為例)，且其強(qiáng)度、精度完全符合要求。

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一.傳統(tǒng)工藝如何制造HVAC殼體

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采用傳統(tǒng)方法快速制作空調(diào)殼體的步驟如下：

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[CNC制作：?jiǎn)翁樁a(chǎn)品耗時(shí)(shí)62小時(shí)(shí)左右]

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工藝弊端：耗時(shí)(shí)較長(cháng)(zhǎng)，成本較高，對(duì)人員技術(shù)(shù)要求較高。

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由于CNC加工工藝局限，對(duì)結(jié)構(gòu)高度超過(guò)(guò)100mm的部分需進(jìn)(jìn)行拆解，一般情況下一件殼體會(huì )(huì)拆成5-8塊，由于CNC加工刀具的直徑不能太細(xì)，刀具長(cháng)(zhǎng)度不能太長(cháng)(zhǎng)，需要對(duì)加工件重復(fù)定位裝夾。尺寸精度很大程度依賴(lài)于后處理拼接人員的處理經(jīng)(jīng)驗(yàn)，且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差。

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第一步：對(duì)三維數(shù)據(jù)進(jìn)(jìn)行結(jié)構(gòu)拆件，并對(duì)每件拆解件進(jìn)(jìn)行編程，分別提交給CNC設(shè)備加工。

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所需時(shí)(shí)間：4-6小時(shí)(shí)/人

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第二步：分別對(duì)拆解件進(jìn)(jìn)行手工修整，打磨和粘接。

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所需時(shí)(shí)間：4-6小時(shí)(shí)/人

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第三步：采用CNC銑床對(duì)樣件進(jìn)(jìn)行后處理加工。

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所需時(shí)(shí)間：50小時(shí)(shí)左右

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[硅膠模制作：?jiǎn)翁樁a(chǎn)品耗時(shí)(shí)約120小時(shí)(shí)]

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工藝弊端：?jiǎn)渭殺靖?，時(shí)(shí)間長(cháng)(zhǎng)，精度差。

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一套硅膠?？梢苑€(wěn)定澆筑20套左右產(chǎn)(chǎn)品，適合小批量生產(chǎn)(chǎn)，但不適合5套以?xún)?nèi)的生產(chǎn)(chǎn)，同時(shí)(shí)硅膠和液態(tài)(tài)材料在固化過(guò)(guò)程中存在比較大的收縮，導(dǎo)致產(chǎn)(chǎn)品尺寸精度很難保證，一般在0.5mm/100mm以上。

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第一步：制作原型件，一半采用SLA工藝直接打印一件產(chǎn)(chǎn)品。

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所需時(shí)(shí)間：70小時(shí)(shí)左右/臺(tái)

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第二步：將SLA產(chǎn)(chǎn)品放入容器中，再向容器中導(dǎo)入硅膠，靜等硅膠固化。

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所需時(shí)(shí)間：一般硅膠完全固化需要6小時(shí)(shí)左右。

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第三步：將固化的硅膠模割開(kāi)(kāi)，取出中間的SLA原型件報(bào)廢掉，再合上硅膠模，在真空澆注機(jī)中通過(guò)(guò)澆筑口向硅膠模內(nèi)部注入液態(tài)(tài)材料，并加熱固化。

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所需時(shí)(shí)間：一般固化需4小時(shí)(shí)左右;

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第四步：分開(kāi)(kāi)硅膠模，取出零件，對(duì)產(chǎn)(chǎn)品的飛邊修減打磨，形成產(chǎn)(chǎn)品。

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所需時(shí)(shí)間： 約6小時(shí)(shí)/人

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另外，傳統(tǒng)生產(chǎn)(chǎn)是建立在一條生產(chǎn)(chǎn)線(xiàn)上，大尺寸汽車(chē)部件需要人工組裝，產(chǎn)(chǎn)品的部件越多，所花費(fèi)的時(shí)(shí)間成本和人力成本就越多。3D打印一體成型，不需要組裝，縮短了供應(yīng)鏈，節(jié)省了勞動(dòng)(dòng)力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)，供應(yīng)鏈越短，污染也越少。

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二.為什么要使用3D打印制造HVAC殼體

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1.復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體成型

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傳統(tǒng)的汽車(chē)制造工藝往往需要特殊的沖壓模具，費(fèi)時(shí)(shí)費(fèi)力，設(shè)計(jì)方面受到工藝影響具有諸多限制，陷入創(chuàng )(chuàng)新思維向工藝妥協(xié)(xié)的怪圈。比如在HVAC殼體制造過(guò)(guò)程中，其內(nèi)部有很多凹槽、卡扣類(lèi)結(jié)構(gòu)，手辦件難以開(kāi)(kāi)模制作，且費(fèi)用昂貴。

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3D打印技術(shù)(shù)以逐層累加的方式完成加工，將HVAC殼體的三維復(fù)雜的不規(guī)則曲面、鏤空異形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)進(jìn)(jìn)行成型，突破了傳統(tǒng)加工技術(shù)(shù)的壁壘，可一次成型，相比之下更加具有優(yōu)(yōu)勢(shì)。

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2.研發(fā)(fā)成本下降95%

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導(dǎo)致汽車(chē)制造企業(yè)(yè)生產(chǎn)(chǎn)成本居高不下的原因主要有零部件開(kāi)(kāi)模費(fèi)用昂貴、材料利用率低及人力成本高等因素。選擇合適的沖壓工藝、不斷優(yōu)(yōu)化模具結(jié)構(gòu)、充分考慮材料利用率和提升技術(shù)(shù)創(chuàng )(chuàng)新力等，直接決定著(zhù)汽車(chē)制造成本，對(duì)整車(chē)成本控制具有十分重要的意義。

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以該HVAC殼體為例，通過(guò)(guò)傳統(tǒng)工藝進(jìn)(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要多次開(kāi)(kāi)模，開(kāi)(kāi)模的成本一次可能需要60萬(wàn)(wàn)左右，而單次使用3D打印生產(chǎn)(chǎn)的成本費(fèi)用僅為2.5萬(wàn)(wàn)左右，加工成本下降約95%，大大提高了市場(chǎng)(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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3.研發(fā)(fā)周期大幅縮短

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整車(chē)開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)周期對(duì)產(chǎn)(chǎn)品投放市場(chǎng)(chǎng)的時(shí)(shí)機(jī)有著(zhù)決定性的影響，但從產(chǎn)(chǎn)品規(guī)劃直至投放市場(chǎng)(chǎng)，是一個(gè)(gè)冗長(cháng)(zhǎng)復(fù)雜的過(guò)(guò)程。整車(chē)研發(fā)(fā)流程最長(cháng)(zhǎng)需要經(jīng)(jīng)歷57個(gè)(gè)月，主要包括部件研發(fā)(fā)及集成、系統(tǒng)驗(yàn)證及汽車(chē)制造和質(zhì)(zhì)量控制。制造工作中最耗時(shí)(shí)的工作就是工裝設(shè)備的制造以及模具的開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)，時(shí)(shí)間前后加起來(lái)(lái)要接近一年。

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華曙高科3D打印技術(shù)(shù)優(yōu)(yōu)勢(shì)在于能快速更改設(shè)計(jì)差錯(cuò)、提高生產(chǎn)(chǎn)效率、降低開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)成本。相較于傳統(tǒng)的模具開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)，以及鍛造、鑄造等復(fù)雜的工藝，簡(jiǎn)(jiǎn)化了中間環(huán)(huán)節(jié)，縮短開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)周期。相對(duì)于傳統(tǒng)工藝制作模具的開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)周期，3D打印時(shí)(shí)間大幅縮短。

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三.普通尺寸3D打印解決方案

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由于該樣件長(cháng)(zhǎng)達(dá)950mm, 成型尺寸的限制，普通的3D打印設(shè)備制作這類(lèi)大型工件，需分割成若干個(gè)(gè)工件，打印完后再進(jìn)(jìn)行拼接、打磨，對(duì)于工件強(qiáng)度和精度的控制是一個(gè)(gè)非常大的挑戰(zhàn)。以成型尺寸為400×400×450mm的設(shè)備為例，共需花費(fèi)48小時(shí)(shí)，比硅膠模制作時(shí)(shí)間縮短60%，比CNC制作時(shí)(shí)間縮短84%。

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總 結(jié)CAMS的誕生，使這類(lèi)超大工件的一體成型變得"輕而易舉"，適合于汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)(lǐng)域大尺寸樣件制造，其模塊化設(shè)計(jì)使設(shè)備使用效率從普通3D打印設(shè)備的50%提升至接近100%，還完全省去拼接以及拼接部位打磨的工藝。整個(gè)(gè)HVAC空調(diào)殼體建造時(shí)(shí)間僅10小時(shí)(shí)，效率比普通3D打印設(shè)備提升了4倍，且其強(qiáng)度、精度更優(yōu)(yōu)異。