3D打印正在催生的輪胎制造革命
輪胎花紋是重要而又復(fù)雜多變的加工難點,其加工的精密程度直接影響到輪胎的精度和質(zhì)量,甚至是輪胎的安全、駕駛的舒適度等等。花紋的結(jié)構(gòu)往往呈現(xiàn)出空間三維扭曲、輪胎花紋具有弧度多、角度多的特點,采用傳統(tǒng)的加工手段難以精準完成,即使采用電火花加工工藝也存在一些難以解決的問題。
始于性能需求破局于制造技術(shù)變革
米其林與法孚合作,通過金屬3d打印設(shè)備進行米其林輪胎模具的研發(fā)與制造,突破了傳統(tǒng)鑄造與機加工技術(shù)難以實現(xiàn)的復(fù)雜紋理制造。
傳統(tǒng)上,在輪胎花紋的加工過程中,其加工工序高度集中,主要以銑加工為主,但因為加工的角度、轉(zhuǎn)角等不統(tǒng)一,有些花紋還有薄而高的小筋條或者窄而深的小槽,甚至是表面不規(guī)則的坑坑洼洼結(jié)構(gòu),所以其對刀具的要求比較高。
圖片:輪胎模具加工的幾種工藝
由于子午線輪胎活絡(luò)模設(shè)計與制造難度體現(xiàn)在模具的工作型面精度不易控制、開模與合模機構(gòu)的協(xié)調(diào)及分型面加工要求較高等方面,子午線輪胎活絡(luò)模具型腔曲面構(gòu)造方法對模具的工作型面有較大的影響。另外機加工中刀具路徑規(guī)劃算法一旦出現(xiàn)失誤,也會直接影響輪胎的質(zhì)量。3d打印技術(shù)可以完成傳統(tǒng)機加工難以實現(xiàn)的形狀復(fù)雜度,更復(fù)雜、更好的抓力和穩(wěn)定性能無疑是高附加值輪胎的搶灘高地。
不僅是精度的問題,由于輪胎模具的很多花紋過深,在刀具的加工過程中,還會發(fā)生干涉的現(xiàn)象,這對花紋的設(shè)計帶來了不少的限制。而介于輪胎的更新?lián)Q代周期變得越來越短,這都對設(shè)計、機床編程、刀具配置與采購等等帶來了相當大的壓力。
而金屬3D打印很好的解決了刀具干涉的問題,當復(fù)雜性與可制造性不再是困擾輪胎模具制造的最大因素的時候,3D打印很好的釋放了輪胎產(chǎn)品設(shè)計迭代的便捷性,也催生了新型的輪胎制造能力。
米其林已經(jīng)感覺到增材制造的潛力,并聲稱唯一的限制是設(shè)計師的想象力,通過3D打印技術(shù),米其林設(shè)計出獨特的雕塑系列輪胎MICHELINCrossClimate+并通過安全認證,使得米其林的輪胎在市場上更具競爭力。
-- 輪胎產(chǎn)業(yè)
輪胎模具對應(yīng)的是輪胎業(yè),根據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng),世界輪胎行業(yè)高度集中度,根據(jù)2016年度全球輪胎75強排行榜,銷售額超過百億美元的企業(yè)有普利司通、米其林、固特異和大陸 4 家,2015年合計銷售額717.55 億美元,占全球輪胎銷售額 1,601.35 億美元的 44.81%。這些主要廠商具備雄厚的資金實力和研發(fā)能力,引領(lǐng)著世界輪胎行業(yè)的發(fā)展方向。而據(jù)調(diào)查,大陸也已經(jīng)開始批量采購德國EOS的金屬3D打印設(shè)備用于輪胎模具的開發(fā)與制造。
中國輪胎工業(yè)發(fā)展迅速。在 1950年前,輪胎年產(chǎn)量不足 3 萬條;到 1980 年,輪胎產(chǎn)量已達到 1,146 萬條;2005年,中國輪胎產(chǎn)量達到 2.5 億條,超過美國的 2.28 億條,成為世界第一輪胎生產(chǎn)大國。如今,我國已經(jīng)成為全球輪胎最大的消耗國,也是最大輪胎生產(chǎn)國和出口國。
然而輪胎這一行業(yè)并非是一路高歌猛進的,根據(jù)美國《輪胎商業(yè)》公布的 2017 年全球前 75 強輪胎企業(yè)排行榜,全球輪胎銷售收入從 2013 年出現(xiàn)拐點,2015 年和 2016 年均出現(xiàn)非常大的降低幅度,相比 2013 年下降了超過 300 億美元。這跟最近兩年全球輪胎市場整體形勢比較低迷有關(guān),產(chǎn)能過剩,市場飽和,低價競爭導(dǎo)致所有輪胎企業(yè)的銷售額再也無法像之前一樣突飛猛進,整個輪胎市場進入一個銷售整合期。
不過由于安全方面的考量,國外對輪胎的耐磨系數(shù)等標準有嚴格的要求,一般車輛行駛一定里程后都要求更換輪胎。2015年輪胎的替換需求增速為2.2%,而新增輪胎的需求增速則為1.0%,替換需求的占比2015年回升至72.8%(2014年為72.6%),為7年來最高。根據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng),隨著中國等新興經(jīng)濟體汽車增速的下滑,輪胎的更換需求將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。
然而,根據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng),由于環(huán)保的要求,我國輪胎制造業(yè)不容樂觀,目前國內(nèi)輪胎制造企業(yè) 500 余家,主要分布在山東、浙江等地,輪胎行業(yè)生產(chǎn)主要集中地多屬于京津冀及周邊“2+26”城市大氣污染防治強化督查區(qū)域,加之輪胎行業(yè)屬于高污染、高能耗產(chǎn)業(yè),輪胎供給端有望持續(xù)收縮。2016 年以來山東、上海等地多家落后產(chǎn)能被關(guān)停淘汰,且以全鋼子午胎產(chǎn)能關(guān)停居多,加之新增產(chǎn)能受限下,全鋼胎產(chǎn)能增速逐明顯放緩。未來伴隨環(huán)保高壓持續(xù),國內(nèi)輪胎生產(chǎn)企業(yè)有望逐步減少,行業(yè)集中度將穩(wěn)步提升。
-- 輪胎模具產(chǎn)業(yè)
而無論如何,輪胎的市場發(fā)展都直接影響著輪胎模具的發(fā)展。雖然是喜憂參半的發(fā)展前景,但是輪胎模具的集中度高,技術(shù)壁壘高,專家認為這都為3D打印的引入帶來了優(yōu)勢。具體來說輪胎模具是用于硫化成型各類輪胎的模具。
輪胎模具分類
1:活絡(luò)模具,由花紋圈,模套,上下側(cè)板組成?;罱j(luò)模具區(qū)分圓錐面導(dǎo)向活絡(luò)模具及斜平面導(dǎo)向活絡(luò)模具?
2:兩半模具,由上模,下模兩片組成。
2015年全球輪胎模具市場大約有 115-153 億規(guī)模,并且每年保持溫和增長。輪胎模具的制造廠商分為專業(yè)模具制造企業(yè)、輪胎企業(yè)自己的模具車間兩大類。由于輪胎模具定制化程度較高,模具生產(chǎn)企業(yè)大多規(guī)模較小,目前市場上產(chǎn)能最大的模具廠商為中國的豪邁科技、巨輪智能、德國的赫伯特、韓國的世和模具公司等。
中國生產(chǎn)輪胎模具的企業(yè)約100家左右,規(guī)模以上的約30家左右,主要包括山東豪邁、廣東巨輪、開陽模具、山東大王金泰、山東萬通模具等,其中,產(chǎn)能達到2000套以上的有七家企業(yè)。市場領(lǐng)導(dǎo)者為山東豪邁科技和廣東巨輪。其中山東豪邁,廣東巨輪等,不僅僅實現(xiàn)了規(guī)?;纳a(chǎn),頗有邁向國際化的趨勢。