應用案例
消費產品 | 2024.10.08
如何使用 SLS 3D 列印生產警用車輛和特殊車輛
如何使用 SLS 3D 列印生產警用車輛和特殊車輛
MOSOLF Special Vehicles GmbH是一家領先的特殊車輛製造商，總部位於德國基彭海姆。該公司擁有近 50 名員工，每年生產約 1000 輛特種車輛和緊急車輛。他們的客戶包括德國州和聯邦警察部隊、國防部門、災難控制和技術救援組織、市政當局和工業客戶，所有這些客戶都需要具有高度客製化和先進性能的車輛。
在汽車產業，大多數零件都是透過射出成型等大規模生產製程製造的，對於數十萬輛的標準生產運作來說具有成本效益。然而，MOSOLF 的客戶需要各種客製化和小批量零件，而模具成本使得傳統製造方法在經濟上不可行。對於 MOSOLF 來說，3D 列印提供了理想的解決方案。
「我估計，[德國] 現在有三輛警車都裝有積層製造零件。在 MOSOLF，我們目前在 3D 列印方面非常先進，沒有一輛離開我們工廠的車輛沒有配備積層製造的零件。現在，我們每年 3D 列印大約 5,000 個零件，但我們正處於上升趨勢，這意味著我們每輛車至少有三個零件，甚至更多。
Carsten Busam，MOSOLF Special Vehicles GmbH 專案規劃主管
請繼續閱讀，了解 MOSOLF 如何使用選擇性雷射燒結 (SLS) 3D 列印和Fuse 系列來生產警車和其他特殊和緊急車輛的各種最終用途零件。
滿足德國 17 支警察部隊需求的客製化解決方案
「我們最大的挑戰是多樣性，」布薩姆說。每個州和警察部門都會購買幾種不同類型的車輛，然後每輛車都可以根據其特定用途需要自訂功能。必須內建的組件也各不相同，例如，不同的部隊使用不同製造商的無線電或信號系統。這意味著每輛車都需要大量客製化零件。
「我們為德國 17 支警察部隊製造車輛，每個人對於人體工學應該是什麼樣子以及他們希望如何操作都有自己的想法。因此，就基本設計而言，數量通常相對較高，但當增加定製程度時，數量又會很小。
MOSOLF 的團隊以系列車輛為基礎，這意味著他們採用商用汽車、卡車和貨車，並根據規格進行改造。團隊必須為每個所需功能找到合適的安裝位置，並確保其符合人體工學、耐用且美觀。在舊型號中，尋找安裝地點更容易——儀表板或控制台內有多個空白空間供 MOSOLF 適應。事實證明，較新的模型是一個挑戰。
「車輛上的顯示器越來越混亂。車輛中不再有任何維修站。有一些儲物格和手機充電器，但找到可以容納所有控制的安裝空間是一個挑戰。尤其是在隱蔽的車輛中，你不應該看到它實際上是一輛警車，」布薩姆說。
MOSOLF 的 3D 列印之旅始於 2016 年，當時巴伐利亞警察部隊下令為其整個車隊和摩托車安裝新型數位收音機。
「我們必須為每輛車和每輛摩托車找到單獨的解決方案。如果我們用金屬板形成所有零件，就會非常耗時，或者解決方案不會特別漂亮，所以我們邁出了進入 3D 世界的第一步。
用於警車 LED 前閃光燈的客製化安裝。該團隊傳統上使用鈑金成型來生產這些零件。
SLS 3D 列印現在提供了更快、更簡單且更具成本效益的解決方案。
團隊首先使用熔融沈積建模 (FDM) 3D 列印技術生產零件，這在當時是最適合他們需求的技術，但他們很快就遇到了限制。 FDM 很難擴大到足以滿足訂單的數量，而且零件本身也達不到工業級品質。
SLS 3D 列印本來是合乎邏輯的下一步，但由於解決方案起價約為 200,000 歐元，這超出了小型企業的能力範圍 - 直到 Formlabs 的 Fuse 系列發布。
「SLS 列印是 MOSOLF 的理想選擇，因為它提供卓越的品質、高精度、高材料性能，並且可以一次生產許多組件。它具有成本效益，因為整個系統非常非常實惠。方案。
「Fuse 生態系統對我們來說是正確的選擇，因為它在處理和工作流程方面對我們來說是最易於管理的，」Busam 補充道。
此揚聲器蓋的設計可節省 70% 的預安裝成本。揚聲器主體只需夾入插件即可，無需任何黏合或機械緊固。
利用 SLS 3D 列印在 24 小時內客製化最終用途零件
與射出成型、熱成型或鈑金成型等傳統大規模生產流程相比，積層製造的最大好處是它可以生產定製或小批量的最終用途零件，而無需昂貴的工具。
「我們將 SLS 技術，尤其是 Fuse 1+ 30W 用於不同的組件，從最小、最簡單的設計到安裝在車輛上的複雜控制台。我們一直在廣泛使用這項技術，Fuse 滿足了我們大約 80% 的需求。
MOSOLF 的團隊使用 SLS 3D 列印生產數十種客製化設計，從最小的蓋子和外殼到大型多件式組件和儀表板組件。
「每個州、每個警察局的要求都不同。透過 3D 列印可以更輕鬆地實現這一點。您可以快速地從一輛車到另一輛車重新設計。如果車輛相同，那麼輪廓保持不變，但隨後安裝在車輛中的系統卻截然不同。
無線電支架是定制的一個很好的例子。每輛梅賽德斯貨車的控制台附件都是相同的，但可以使用不同製造商的收音機的不同安裝座輕鬆修改整體組件。
這種易於適應的方式使得原型設計和生產速度大大加快，特別是當原型和最終使用零件可以在同一設備上生產時。
「對於我作為設計師來說，沒有什麼比今天腦子裡有了一個想法，把它畫出來，然後第二天拿在手裡看它更好的了，」莫拉留說。
「3D 列印對內部生產的最大影響是我們在許多領域的速度顯著提高。採用傳統工藝，我們的交貨時間為四到六週，特別是在零件需要塗層的情況下。透過 3D 列印，我們幾乎可以在一夜之間購買零件。如果我們無法使用 3D 列印，我們的工作流程可能會更長、更複雜，因為我們可能需要多次製造和調整每個零件。
Carsten Busam，MOSOLF Special Vehicles GmbH 專案規劃主管
| SLS 3D列印 | 鈑金成型 | 熱成型 | 射出成型 | |
|---|---|---|---|---|
| 從設計到原型到系列零件的時間 | 1-2週 | 6-8週 | 6-8週 | 6-8週 |
| 最終用途零件的交貨時間 | 1-2天 | 6-8週 | 6-8週 | 6-8週 |
| 其他因素 | 無需工具 輕鬆自訂 設計自由 卓越的美感 |
需要工具 設計自由度有限客製 化更困難 美觀度較差 |
需要工具 設計自由度有限客 製化難度較大 |
需要昂貴的工具 無自訂選項 設計自由度較低 |
「如今的汽車變得越來越漂亮，內裝也更加流暢。儲存空間變得越來越動態和複雜。 3D 列印對於車輛的設計和人體工學非常重要，因為其他技術（例如熱成型或鈑金成型）無法總是實現這一點。這些複雜形狀與車輛本身的連接也可以透過 3D 列印得到最好的解決。有了3D列印，我可以更自由地進行設計，我可以充分發揮我在設計和形式上的創造力。
Tiberiu Morariu，原型設計、設計與技術構思，MOSOLF Special Vehicles GmbH
此通風口是一種單向閥，用於將縱火調查專用車輛中的黑色隔間與白色隔間分開。它是一個設計相對複雜的組件，由三個用螺絲擰在一起的部件組成。團隊最初嘗試使用 FDM 3D 列印來生產它，但由於圓形形狀和薄壁而遇到挑戰，並轉向 SLS 3D 列印，因為它提供了更多的設計自由度。
SLS 3D 列印的主要優勢之一是工程師熟悉可用材料的機械性能，例如尼龍，尼龍通常用於汽車行業生產內部和外部零件。 MOSOLF 的團隊非常了解 SLS 3D 列印尼龍零件的性能，因此他們可以在設計時考慮到功能，甚至替換一些原始金屬零件。
夾式安裝在貨艙中，用於可拆卸緊急燈。
吸頂燈的外殼和安裝座。
「有了 Fuse 生態系統，您自然就擁有了完美的材料。它已準備就緒，可供使用。它已經存在了非常非常長的時間。它已經過徹底的測試，」杜達說。
除了耐用性之外，汽車應用最重要的標準之一是耐熱性。對於 FDM 材料，PLA 是不可能的，因為它的熱變形溫度 (HDT) 在 0.45 MPa 下僅為 50 ℃ 左右。 ABS 在 0.45 MPa 下的 HDT 為 90 ºC，這更好，但對於許多應用來說仍然處於或低於極限。Formlabs Nylon 12 Powder在 0.45 MPa 下的 HDT 為 171 °C，具有顯著更高的耐熱性，這意味著夏季停車場中汽車升溫時，不存在收音機支架等功能部件發生故障的風險。
電源插座外殼。
保護罩可避免車內移動時發生意外損壞。
在某些情況下，某些車輛被租賃給警察或緊急部隊，然後在使用期結束後出售給平民或國家其他部門。為此，MOSOLF 的團隊必須在不損壞或永久改變任何東西的情況下對這些車輛進行改造，以便它們在使用壽命結束時可以更輕鬆地恢復到原始狀態。積層製造也讓這一切變得更加容易——團隊無需永久修改現有組件，而是用可以稍後更換的 3D 列印零件替換它們。
未來警車將採用更多 3D 列印技術
基於 SLS 3D 列印的成功，MOSOLF 和 3D-WERK 的團隊現在正在評估如何利用其他材料和額外的印表機來取代特殊車輛中更廣泛的零件。
“在增材製造領域工作了這麼多年之後，我現在仍然會感到驚訝，站在我們自己設計、我們自己打印的產品面前，這些產品具有 3D 打印提供的所有功能和可能性”，MOSOLF 董事總經理Michael Ringwald 說。
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