從實驗室走向生產線，3D打印的未來就是汽車輕量化的未來
時間：2024-01-26 10:00 來源：增材制造技術前沿 作者：admin 閱讀：次
盡管3D打印汽車已經有了顯著的發(fā)展，但要進入量產時代可能還需要一點時間。大多數(shù)3D打印汽車項目要么是原型車，要么是3D打印的汽車零件。而且盡管在優(yōu)化、設計和可持續(xù)發(fā)展方面取得了相當大的進展，但3D打印技術仍然無法打印出整輛汽車。這種情況下，有人認為3D打印只是個噱頭，在汽車工業(yè)的整套生產體系中存在的意義并不大，然而事實并非如此。
汽車行業(yè)已是3D打印主要的應用市場
如今，汽車行業(yè)已經成為3D打印技術最為重要的市場。雖然仍舊不能大批量、低成本、高效率的制作出類似汽車三大件的核心零部件，但在其他方面，3D打印確實能起到很好的替代作用，在整車的生產鏈條中屬于錦上添花一樣的存在。縱觀所有應用，3D打印主要在三個方面發(fā)揮作用，分別是原型制作、輕量化、復雜最終用途部件以及工裝夾具。
采用3D打印進行原型制作在今天仍然被廣泛使用，它可以快速開發(fā)和測試不同的零件。因為可以制造多種具備不同機械特性的材料，這一優(yōu)點被許多制造廠商應用到汽車內飾部件的產品設計及研發(fā)階段的評估中。方向盤、儀表板、空調排氣扇、汽車操縱桿等多種材料和工藝組成的零件，都可借助3D打印技術和設備實現(xiàn)原型制造。
聚合物3D打印材料可用于各種類型的汽車零件（來源：BASF Forward AM）
由于材料和技術的進步，3D打印近幾年也被用于最終零件的生產，尤其是具有復雜結構的輕量化部件、因車輛停產導致的缺失備件以及定制化部件。根據(jù)Sculpteo的最新調研報告，在去年使用3D打印的公司中，有50%的公司是為了生產最終用途零件。2017年，梅賽德斯-奔馳在制造業(yè)轉型中邁出了重要一步：使用3D打印技術生產金屬部件，其中就包括采用鑄鋁合金3D打印的奔馳卡車的恒溫器。不僅如此，梅賽德斯-奔馳表示該環(huán)節(jié)通過了所有嚴格的質量測試。
日系企業(yè)也已經把3D打印作為王牌武器添加到他們的生產線里。本田的研發(fā)部門就與軟件公司Autodesk展開合作，雙方設計了一款曲柄軸部件并采用3D打印技術制造樣品，從而實現(xiàn)車輛輕量化并提升發(fā)動機燃油經濟性。因為曲軸部件的材料及制造工藝特殊性，曲軸整體結構自發(fā)動機誕生以來都沒有發(fā)生太大的變化。如今，隨著3D打印技術的應用，本田的設計方案相較前述產品減重30%，可以說是一項新的突破。此外，本田一直致力于使用3D打印技術及智能設計方案來優(yōu)化汽車零部件的設計。迄今為止，本田對座椅安全帶支架、發(fā)動機控制單元及車架等多類汽車零部件都進行了升級，也利用3D技術實現(xiàn)了車身零部件的輕量化。
3D打印技術的采用可以提高產量并降低成本，同時也為大規(guī)模定制打開了大門。如今，OEM也可以提供個性化的零件，同時能夠為汽車提供定制零件。保時捷利用3D打印技術制造了全新形態(tài)的全桶式座椅，不僅更加符合人體工程學，還具有更輕的重量和更好的乘坐舒適性，可為量產車客戶提供體驗賽車運動的機會。保時捷計劃在2020年限量生產40個3D打印定制座椅，用于保時捷911和718系列車型當中，搭配用于賽道的六點式安全帶。保時捷收到這些客戶的反饋后，將在2021年年中在個性化定制服務中推出。
工裝夾具，是3D打印技術在汽車領域的另一個重要應用。相較于數(shù)控機床加工，3D打印夾具和固定裝置所需的生產時間減少了75%，浪費的材料更少且不會增加操作復雜性，而且?guī)缀蹩蓪崿F(xiàn)無勞力生產。2014年，大眾集團葡萄牙工廠采購了7臺FDM打印機進行工裝夾具直接制造，將傳統(tǒng)制造商完全甩開。現(xiàn)場制造的特點規(guī)避了很多不確定性，打印機的投資在兩個月內快速回籠，并且制造成本大幅降低，也不再需要備件庫存。更為關鍵的是，采用3D打印制造的夾具完全符合使用要求。2016年，葡萄牙工廠3D打印了約1000個工裝零件，已成為整個大眾集團的最佳實踐。目前該工廠93％的工裝夾具采取內部按需制造，節(jié)省時間并極具成本優(yōu)勢。因原型和工裝夾具采用內部3D打印，該工廠在2016年節(jié)省了16萬歐元的開發(fā)成本，2017年這一數(shù)據(jù)達到32.5萬歐元，成本降低比例達91%；與此同時，其開發(fā)時間也減少了95%，大大加快了產品上市速度。
將3D打印技術融入汽車生產制造過程中，這些案例只是冰山一角。寶馬、大眾、福特、本田等車企都在各自的設計中心探索著3D打印對汽車生產制造帶來的更多可能性，相比于傳統(tǒng)造車過程，3D打印技術可以為車企節(jié)省更多的成本，縮短研發(fā)到上市的時間。3D打印機可以24小時全天候工作，并且可以通過接收到的數(shù)據(jù)進行逆向生產，讓整個汽車制造過程變得更加靈活多變，使汽車制造業(yè)變得更加高效。
3D打印改變電動車行業(yè)的“游戲規(guī)則”
對于電動車行業(yè)來說，3D打印或將"改變游戲規(guī)則"。目前，在電動車的推廣上來說，消費者對于有限續(xù)航里程的擔憂是一大障礙，而車輛變輕不僅能夠改善燃油經濟性，還能夠延長車輛續(xù)航里程。
輕量化制造已經成為了汽車產業(yè)發(fā)展的重要方向，而3D打印技術的出現(xiàn)及應用，讓汽車輕量化制造的目標變得更容易實現(xiàn)。以特斯拉為例，作為電動車市場絕對的領軍企業(yè)，特斯拉似乎使用了一種多軸聚合物DED工藝將材料沉積在注塑成型零件的表面上，從而重新生成所需的形狀。在金屬覆層中，零件修復的類似做法在某種程度上很常見，但在聚合物零件生產中尚未見到。Stratasys和西門子（以及波音和福特）一直在研究這種3D打印硬件，主要用于沉積復合材料。
在此基礎上，特斯拉汽車公司希望更廣泛地采用3D打印技術來改進生產效率。日前，特斯拉發(fā)布了最新的招聘啟事，為美國內華達州超級工廠招聘增材制造技術員，其中提及到了快速發(fā)展增材制造業(yè)務，可以看出特斯拉看好3D打印技術的潛力，未來將可能會投入更多的應用。
然而，特斯拉對自己使用的3D打印技術嚴格保密，但結構一體化與輕量化的結合是新能源汽車搶占技術發(fā)展前沿的一大努力方向。新能源汽車設計迭代快，產量大小存在波動，制造商對于創(chuàng)新生產理念的追求，使得新能源汽車的生產要在靈活性和生產率之間取得平衡。而采用3D打印技術制造整車，在人們覺得瘋狂的同時，卻已經走下生產線。
意大利XEV是全球增材制造（3D打印）的領頭羊，是一家“互聯(lián)網+工業(yè)4.0+智能電動汽車”的新興造車公司。團隊由來自寶馬、大眾等知名車企。XEV開創(chuàng)性的將3D打印技術應用到汽車研發(fā)和生產中，以達到降低造車成本，滿足高度定制化需求的目的。
XEV創(chuàng)新型汽車工廠的核心為智能增材生產解決方案，通過多臺汽車級智能3D打印機的配合，達到環(huán)保高效以及低成本的汽車3D打印生產線。XEV創(chuàng)新型汽車工廠相比傳統(tǒng)的汽車生產線，可將成本和新車研發(fā)時間減少多達90%。
XEV 的目標是改變用戶城市內出行的通勤方式，通過創(chuàng)新的增材制造方式，達到產品的個性化定制，最終改變用戶的出行習慣以及生活方式。XEV在香港、上海均設有研發(fā)中心和商務機構，旨在于2025年成長為中國年出口量最大的新能源汽車企業(yè)。
使用3D打印技術，可以更好地滿足車企的需求。在競爭激烈的汽車制造行業(yè)，已經有越來越多的制造商采用3D打印技術在大批量生產前低成本的測試產品和制造定制化的配件。雖然現(xiàn)今階段主流的3D打印技術只停留在樣品生產階段，還不能進入大規(guī)模生產環(huán)節(jié)，但僅在樣品試制階段，就已經為企業(yè)節(jié)省了不少成本及時間。相信在未來，3D打印勢必會給造車行業(yè)帶來重大突破，類似YOYO這樣的量產型3D打印新能源車將越來越普遍的出現(xiàn)在購車清單之中。
汽車行業(yè)已是3D打印主要的應用市場
如今，汽車行業(yè)已經成為3D打印技術最為重要的市場。雖然仍舊不能大批量、低成本、高效率的制作出類似汽車三大件的核心零部件，但在其他方面，3D打印確實能起到很好的替代作用，在整車的生產鏈條中屬于錦上添花一樣的存在。縱觀所有應用，3D打印主要在三個方面發(fā)揮作用，分別是原型制作、輕量化、復雜最終用途部件以及工裝夾具。
采用3D打印進行原型制作在今天仍然被廣泛使用，它可以快速開發(fā)和測試不同的零件。因為可以制造多種具備不同機械特性的材料，這一優(yōu)點被許多制造廠商應用到汽車內飾部件的產品設計及研發(fā)階段的評估中。方向盤、儀表板、空調排氣扇、汽車操縱桿等多種材料和工藝組成的零件，都可借助3D打印技術和設備實現(xiàn)原型制造。
聚合物3D打印材料可用于各種類型的汽車零件（來源：BASF Forward AM）
由于材料和技術的進步，3D打印近幾年也被用于最終零件的生產，尤其是具有復雜結構的輕量化部件、因車輛停產導致的缺失備件以及定制化部件。根據(jù)Sculpteo的最新調研報告，在去年使用3D打印的公司中，有50%的公司是為了生產最終用途零件。2017年，梅賽德斯-奔馳在制造業(yè)轉型中邁出了重要一步：使用3D打印技術生產金屬部件，其中就包括采用鑄鋁合金3D打印的奔馳卡車的恒溫器。不僅如此，梅賽德斯-奔馳表示該環(huán)節(jié)通過了所有嚴格的質量測試。
日系企業(yè)也已經把3D打印作為王牌武器添加到他們的生產線里。本田的研發(fā)部門就與軟件公司Autodesk展開合作，雙方設計了一款曲柄軸部件并采用3D打印技術制造樣品，從而實現(xiàn)車輛輕量化并提升發(fā)動機燃油經濟性。因為曲軸部件的材料及制造工藝特殊性，曲軸整體結構自發(fā)動機誕生以來都沒有發(fā)生太大的變化。如今，隨著3D打印技術的應用，本田的設計方案相較前述產品減重30%，可以說是一項新的突破。此外，本田一直致力于使用3D打印技術及智能設計方案來優(yōu)化汽車零部件的設計。迄今為止，本田對座椅安全帶支架、發(fā)動機控制單元及車架等多類汽車零部件都進行了升級，也利用3D技術實現(xiàn)了車身零部件的輕量化。
奔馳3D打印的卡車恒溫器
3D打印技術的采用可以提高產量并降低成本，同時也為大規(guī)模定制打開了大門。如今，OEM也可以提供個性化的零件，同時能夠為汽車提供定制零件。保時捷利用3D打印技術制造了全新形態(tài)的全桶式座椅，不僅更加符合人體工程學，還具有更輕的重量和更好的乘坐舒適性，可為量產車客戶提供體驗賽車運動的機會。保時捷計劃在2020年限量生產40個3D打印定制座椅，用于保時捷911和718系列車型當中，搭配用于賽道的六點式安全帶。保時捷收到這些客戶的反饋后，將在2021年年中在個性化定制服務中推出。
工裝夾具，是3D打印技術在汽車領域的另一個重要應用。相較于數(shù)控機床加工，3D打印夾具和固定裝置所需的生產時間減少了75%，浪費的材料更少且不會增加操作復雜性，而且?guī)缀蹩蓪崿F(xiàn)無勞力生產。2014年，大眾集團葡萄牙工廠采購了7臺FDM打印機進行工裝夾具直接制造，將傳統(tǒng)制造商完全甩開。現(xiàn)場制造的特點規(guī)避了很多不確定性，打印機的投資在兩個月內快速回籠，并且制造成本大幅降低，也不再需要備件庫存。更為關鍵的是，采用3D打印制造的夾具完全符合使用要求。2016年，葡萄牙工廠3D打印了約1000個工裝零件，已成為整個大眾集團的最佳實踐。目前該工廠93％的工裝夾具采取內部按需制造，節(jié)省時間并極具成本優(yōu)勢。因原型和工裝夾具采用內部3D打印，該工廠在2016年節(jié)省了16萬歐元的開發(fā)成本，2017年這一數(shù)據(jù)達到32.5萬歐元，成本降低比例達91%；與此同時，其開發(fā)時間也減少了95%，大大加快了產品上市速度。
3D打印的機器人終端夾持器
將3D打印技術融入汽車生產制造過程中，這些案例只是冰山一角。寶馬、大眾、福特、本田等車企都在各自的設計中心探索著3D打印對汽車生產制造帶來的更多可能性，相比于傳統(tǒng)造車過程，3D打印技術可以為車企節(jié)省更多的成本，縮短研發(fā)到上市的時間。3D打印機可以24小時全天候工作，并且可以通過接收到的數(shù)據(jù)進行逆向生產，讓整個汽車制造過程變得更加靈活多變，使汽車制造業(yè)變得更加高效。
3D打印改變電動車行業(yè)的“游戲規(guī)則”
對于電動車行業(yè)來說，3D打印或將"改變游戲規(guī)則"。目前，在電動車的推廣上來說，消費者對于有限續(xù)航里程的擔憂是一大障礙，而車輛變輕不僅能夠改善燃油經濟性，還能夠延長車輛續(xù)航里程。
輕量化制造已經成為了汽車產業(yè)發(fā)展的重要方向，而3D打印技術的出現(xiàn)及應用，讓汽車輕量化制造的目標變得更容易實現(xiàn)。以特斯拉為例，作為電動車市場絕對的領軍企業(yè)，特斯拉似乎使用了一種多軸聚合物DED工藝將材料沉積在注塑成型零件的表面上，從而重新生成所需的形狀。在金屬覆層中，零件修復的類似做法在某種程度上很常見，但在聚合物零件生產中尚未見到。Stratasys和西門子（以及波音和福特）一直在研究這種3D打印硬件，主要用于沉積復合材料。
特斯拉Model Y一體成型車架，將原來70個零部件合為2個大件
在此基礎上，特斯拉汽車公司希望更廣泛地采用3D打印技術來改進生產效率。日前，特斯拉發(fā)布了最新的招聘啟事，為美國內華達州超級工廠招聘增材制造技術員，其中提及到了快速發(fā)展增材制造業(yè)務，可以看出特斯拉看好3D打印技術的潛力，未來將可能會投入更多的應用。
然而，特斯拉對自己使用的3D打印技術嚴格保密，但結構一體化與輕量化的結合是新能源汽車搶占技術發(fā)展前沿的一大努力方向。新能源汽車設計迭代快，產量大小存在波動，制造商對于創(chuàng)新生產理念的追求，使得新能源汽車的生產要在靈活性和生產率之間取得平衡。而采用3D打印技術制造整車，在人們覺得瘋狂的同時，卻已經走下生產線。
意大利XEV是全球增材制造（3D打印）的領頭羊，是一家“互聯(lián)網+工業(yè)4.0+智能電動汽車”的新興造車公司。團隊由來自寶馬、大眾等知名車企。XEV開創(chuàng)性的將3D打印技術應用到汽車研發(fā)和生產中，以達到降低造車成本，滿足高度定制化需求的目的。
XEV創(chuàng)新型汽車工廠的核心為智能增材生產解決方案，通過多臺汽車級智能3D打印機的配合，達到環(huán)保高效以及低成本的汽車3D打印生產線。XEV創(chuàng)新型汽車工廠相比傳統(tǒng)的汽車生產線，可將成本和新車研發(fā)時間減少多達90%。
XEV旗下LSEV電動汽車的每個部件采用3D打印需要花費的時間
XEV的產品YOYO，全身采用3D打印技術制造，盡管只是首批試制車，YOYO目前已獲得多項認證。作為全球首臺量產化3D打印新能源汽車，其最大的特點就是安全性。3D打印的復雜結構可提升零件的強度，同時也會提升整車的安全性和可靠性。XEV 的目標是改變用戶城市內出行的通勤方式，通過創(chuàng)新的增材制造方式，達到產品的個性化定制，最終改變用戶的出行習慣以及生活方式。XEV在香港、上海均設有研發(fā)中心和商務機構，旨在于2025年成長為中國年出口量最大的新能源汽車企業(yè)。
使用3D打印技術，可以更好地滿足車企的需求。在競爭激烈的汽車制造行業(yè)，已經有越來越多的制造商采用3D打印技術在大批量生產前低成本的測試產品和制造定制化的配件。雖然現(xiàn)今階段主流的3D打印技術只停留在樣品生產階段，還不能進入大規(guī)模生產環(huán)節(jié)，但僅在樣品試制階段，就已經為企業(yè)節(jié)省了不少成本及時間。相信在未來，3D打印勢必會給造車行業(yè)帶來重大突破，類似YOYO這樣的量產型3D打印新能源車將越來越普遍的出現(xiàn)在購車清單之中。
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