一文看懂3D打印在剎車制動領域的應用

魔猴君  知識堂   2289天前

談到3D打印在制動領域的應用，我們很容易聯想到的兩個典型應用，一個是制動器的3D打印，一個是剎車片的3D打印

3D打印生產批量化的制動器

制動器方面，2018年布加迪發布了其通過帶有四激光器的選擇性激光熔融3D打印技術所制造的世界首個3D打印的新型八活塞整體式制動鉗。而近日，布加迪對3D打印的新型八活塞整體式制動鉗進行了令人嘆為觀止的性能測試。

迄今為止用于汽車零部件3D打印生產的主要材料是鋁，而布加迪新的制動鉗由鈦制成。布加迪是與德國漢堡的Laser Zentrum Nord合作實現的，Laser Zentrum Nord中心自2018年初以來成為粉末平臺激光熔融領域的專家Fraunhofer弗勞恩霍夫研究所的一部分。

值得一提的是，布加迪通過粉末平臺激光熔融3D打印技術來制造新型八活塞整體式制動鉗并不是僅僅用于原型，布加迪所進行的性能測試更是進一步揭示了這一創新的產業化前景，3D打印鈦制動鉗將應用于規模生產的車輛。

根據百度百科，鉗盤式制動器（caliper disc brake）是盤式制動器的一種。它的旋轉元件是以端面工作的金屬圓盤，稱為制動盤。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塊，每個制動器中有2~4個，這些制動塊及其促動裝置都裝在橫跨制動盤兩側的夾鉗形支架中，總稱為制動鉗。制動盤和制動鉗共同構成了鉗盤式制動器。

盤式制動器又根據其固定元件結構形式的不同，分為鉗盤式制動器和全盤式制動器。鉗盤式制動器散熱能力強，熱穩定性好，故廣泛應用于大多數轎車和輕型貨車上。

國內制動器生產廠家包括上海汽車制動系統有限公司，大連鴻源機械制造有限公司，浙江正德制動器有限公司，溫州市東啟汽車零部件制造有限公司等。布加迪改變了制動器的現狀，其3D打印的制動鉗長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，布加迪可以通過使用新的鈦合金部件確保更高的強度，并且使制動卡鉗的減重約40％。之前想采用鈦合金材料來制造這樣的制動鉗難度是非常大的，由于鈦材料的強度非常高，想像鑄造或鍛造鋁的常規方法那樣得到這樣的部件技術難度很大。而3D打印打開了生產更加復雜的部件和難加工材料的可行性。

3D打印剎車片

談到制動器的3D打印，就引出另外一個話題，那就是剎車片的3D打印，汽車剎車片，也叫汽車剎車皮，是指固定在與車輪旋轉的制動鼓或制動盤上的摩擦材料，其中的摩擦襯片及摩擦襯塊承受外來壓力，產生摩擦作用從而達到車輛減速的目的。

據魔猴網了解，汽車剎車片一般由鋼板、粘接隔熱層和摩擦塊構成。其中，鋼板要經過涂裝來防銹；隔熱層由不傳熱的材料組成；摩擦塊由摩擦材料、粘結劑組成，剎車時被擠壓在剎車盤或剎車鼓上產生摩擦，從而達到車輛減速和制動的目的。由于摩擦作用，摩擦塊會逐漸被磨損，一般來講成本越低的剎車片磨損得越快。摩擦材料使用完后要及時更換剎車片，否則鋼板與剎車盤就會直接接觸，最終會喪失剎車效果并損壞剎車盤。近幾年我國汽車剎車片市場規模快速增長，從2010年的67.66億元增長到2017年的294.15億元，年均復合增長率23.36%。 從目前的情況來看，剎車片企業主要集中在浙江、河北、湖北、廣東、福建等地區，這些地區的產品占全國生產量近80%。如中國剎車片的領軍企業山東金麒麟、山東信義、杭州杭城等。這些企業的產品市場覆蓋率遠遠超過其它品牌。

而高鐵領域的剎車片，國際上只有德國、法國和日本等少數幾個國家能夠生產高速列車制動閘片，其中德國克諾爾公司曾壟斷全球80%以上高鐵剎車片的市場。

近幾年，國內高鐵剎車片的研發與生產技術逐步得到突破，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。隨著金屬3D打印技術與應用面的深度結合，國內出現了將金屬3D打印技術應用于制動閘片的探索。

通過電子束選區熔融或激光選區熔融3D打印技術，西迪技術股份有限公司將耐磨層直接打印在鋼背表面，3D打印過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性能和摩擦性能。其實不難理解為什么3D打印會應用到剎車片這樣的應用領域。前文中提到的布加迪制動鉗是由Laser Zentrum Nord制造出來的，而Laser Zentrum Nord屬于德國Fraunhofer研究機構。Fraunhofer研究機構在超硬材料方面頗有研究，Fraunhofer 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絲制造技術來3D打印更硬的合金，為硬質合金的加工開辟了一種新的途徑。Fraunhofer的這些制造超硬材料的3D打印經驗是否會應用到剎車片領域？