从原型到成品：3D 打印预装配滚珠轴承

项目概况

需求部件：3D 打印车辆转向系统用滑动轴承

制造工艺：丝材挤出成型（FDM，熔融沉积建模）

核心要求：小间隙、高强度、高耐磨性

所用材料：iglidur i150 耐磨线材

行业：汽车制造业

合作成果：轴承表面质量优异；无需模具，3D 打印实现快速生产，为研发争取更多时间；轴承间隙极小

英国公司 Scaled 3D 的“变色龙”项目，开发了一款完全利用 3D 打印技术制造出车辆。

英国公司 Scaled 3D 开展的 “变色龙”（Chameleon）项目，旨在研发一款完全由 3D 打印零部件组装而成的四轮车辆。在车辆测试过程中，其转向系统设计暴露出明显问题：转向轴承间隙过大，且磨损严重。为确保整车零部件均保持 3D 打印的特性，该公司亟需一种高强度、耐磨损的材料，以适配轴承的性能需求。经过对 igus旗下 iglidur i150 摩擦线材进行各种性能测试后，研发团队最终设计出一款由五个组件构成的滑动轴承。该轴承不仅间隙极小，且耐磨性能远超传统塑料材质轴承，成功满足了 “轴承也能通过 3D 打印制造” 的核心要求。

问题描述

1、转向系统性能缺陷：车辆转向系统的轴承间隙过大，导致转向精度不足，且存在快速磨损的风险，严重影响行车稳定性与安全性。

2、轴承性能要求：需研发间隙更小的转向轴承，且轴承需适配车辆其余部件的现有结构；滑动轴承厚度不得超过 20 毫米；下方轴承需设计分体式内圈，以适配转向柱（其两端各有一组径向螺栓）的安装需求。

3、材料强度不足：此前使用的标准聚乳酸（PLA）材质轴承，强度无法满足车辆转向系统的工况要求。

解决方案

1、选定专用材料：Scaled 3D 最终选用经摩擦学优化的 iglidur i150-PF 摩擦丝材。该丝材适配大尺寸 3D 打印机，在滑动工况下具备出色的强度、韧性及层间附着力，能同时满足轴承的机械性能与耐磨需求。

2、优化轴承结构：将轴承重新设计为五组件滚珠轴承，并先以原型件形式进行测试。测试结果显示，在旋转偏心载荷作用下，该轴承的间隙极小；且由于最终成品将采用与原型件相同的工艺制造，研发阶段的测试数据具有极高的参考价值。

3、适配转向系统：针对 “变色龙” 项目的转向系统，进一步开发了双轴承系统，确保轴承与整车结构的完美兼容。

“变色龙” 项目：个性化、可持续的创新应用

来自英国的“变色龙”项目的主要目标是开发一种完全来自 3D 打印机的车辆。该项目的核心目标是打破传统汽车大规模量产模式，实现 “快速、定制化” 生产；同时借助无模具增材制造技术（3D 打印），推动回收材料在车辆制造中的应用。据 Scaled 3D 介绍，未来有望实现 3D 打印车辆及结构件 100% 使用回收材料；目前，2020 年推出的首台原型车已成功采用 30% 的回收材料。3D 打印的高效性为项目带来显著助力 —— 大型零部件（重量 1.375 千克）的最长打印时间仅需 83 分钟，这意味着零件可在同一天内完成设计、打印与测试。相较于铣削、注塑等传统工艺，3D 打印的速度优势极大提升了车辆研发的自由度，而零件几何形状的设计灵活性也进一步支撑了研发创新。