在家就可造汽車？只要3D打印機和一臺機床
美國Local Motors公司與美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）等聯合開發出了3D打印汽車“Strati”。截至2015年2月已通過造型手段制造了4輛，其中兩輛是可實際行駛的電動汽車（EV）*1。
*1 以2015年底為目標計劃上市3D打印汽車。首先將上市最高時速35英里/小時（約50km/小時）、續航距離約80英里（130km）的“低速款”版本。價格為1.8萬～3萬美元。計劃在2016年底之前上市“實現高速公路行駛，并使續航距離倍增”（常駐ORNL的美國Local Motors公司高級制造工程師James Earle）的3D打印汽車。除了EV之外，還計劃開發發動機汽車的3D打印車，“將研究隔熱構造”（Earle）。
Strati的研發基地位于ORNL內的“制造示范基地（Manufacturing Demonstration Facility，MDF）”（田納西州諾克斯維爾，圖1）。該3D打印車“工廠”設有大型3D打印機、用于打磨造型品表面的5軸切削加工機，以及組裝場地（圖2）。現場沒有輸送帶及手推車之類的任何搬運裝置。從3D打印機上卸下來，再裝到5軸加工機上時，“用叉車抬一下就行了”（Earle）*2。
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圖1：位于美國橡樹嶺國家實驗室制造示范基地內的3D打印車開發基地 美國Local Motors公司的技術人員（高級制造工程師James Earle）常駐此地，共同推進研發。 |
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圖2：制造3D打印車時需要的設備 （a）為ORNL內的3D打印機。屬于研發機型，相當于美國Cincinnati公司制造的“BAAM”的前身。（b）為精加工用途的5軸加工機。 |
*2 用3D打印機造型的Strati的車身重約550kg。普通汽車的骨架、車門、發動機罩及內裝部件合起來約有400kg左右，與之相比較重。
2萬個部件減至50個以下
2萬個部件減至50個以下
目前的“工廠”就是研發設施內部被稱為MDF的地方，不過Local Motors公司預定在2015年內運用與ORNL的共同研究成果在附近設立小型工廠“微工廠（Microfactory)”，開展3D打印車的商務運作。該微工廠所需要的設備也不會有很大不同。
工廠小的最大原因是需要的部件數量減少到了1/400左右。EV的部件數量通常約2萬個，而Strati目前不到50個。Local Motors公司用3D打印機制造車身及底盤等部件，與已有汽車比較，這些部件每一個都相當于將至少數百個部件集為一體。
普通汽車的車身和底盤，為了實現在確保強度的同時吸收碰撞能量的構造，大多利用由鋼板沖壓成型的多個部件經焊接等工藝組裝成骨架。而且外板也是通過沖壓成型制成順滑曲面的獨立部件。而3D打印車不同，通過充分利用造型上的高自由度，“連吸收碰撞沖擊的構造也被納入了一個部件的內部”（Earle）。因此，現行汽車的車身組裝生產線工序只用一臺3D打印機便可包辦。
這里最關鍵的是，要用樹脂制造的造型品來確保充分的強度。“憑借目前使用的、以20%比例添加碳纖維來強化的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）,就足以滿足要求”（Earle）*3。Local Motors公司力爭2015年內達到美國的法規要求，啟動公路行駛試驗。
*3 目前還在做其他嘗試，比如將纖維改為可實現帶色車身的玻璃纖維，以及將聚合物改為PPS（聚苯硫醚）、PEEK（聚醚醚酮）等。
誕生Strati的大型3D打印機“BAAM（Big Area Additive Manufacturing）”目前擁有約4.0×2.0×0.9m的造型范圍（圖3）。由ORNL開發，由機床廠商美國Cincinnati公司制造*4。“今后還有望用3D打印機來實現電機及懸掛的造型。而且還可考慮組合使用多種材料，比如利用比車身柔軟的材料對保險杠部實施造型”（Earle）*4。
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圖3：3D打印機“BAAM” 由噴嘴噴出熔融樹脂的熱熔解積層方式的3D打印機。擁有4.0×2.0×0.9m的造型范圍。使用碳纖維強化ABS時，1小時可噴出多達16kg的材料。照片由Local Motors公司提供。 |
*4 由粗約8mm的噴嘴噴出熔融樹脂來造型。噴嘴的每秒移動距離為76mm，積層厚度為4mm。還有將造形范圍擴大至6.1×2.4×1.8m的機器。ORNL利用相同的裝置制造了造型與老爺車“Shelby Cobra”相同的EV，并在2015年1月舉行的“North American International Auto Show（底特律車展）”上展出。
5軸加工機用于對造型后的車身實施追加加工。之所以要使用該加工機，主要是因為組裝部件的部位要提高形狀精度。尤其是目前來看，作為采購部件的懸掛，其安裝部位的形狀需要高精度加工。
另外，在實現平滑的外觀時也需要使用5軸加工機。雖然之后還可做涂裝，但通過粘貼像公交廣告招貼那樣的貼膜，便可獲得不亞于已有汽車的外觀效果。這時與凃裝相比，設備和工序都很簡單*5。
*5 實際上，作為Local Motors公司目前的商品，越野車“Rally Fighter”就使用了貼膜，由此實現了每輛車都不同的顏色及花紋。
按照每個顧客的要求來改變造型設計
Strati用3D打印機造型的時間為44個小時，組裝時間為24個小時。造型時間“將力爭通過改進3D打印機縮短至10～12小時”（Earle）。
與能夠用數小時來組裝的現有汽車相比，使用3D打印時每輛車的生產耗時較長。但“Local Motors公司并不想制造大量生產的汽車。而是以少量生產貼合顧客個性需求的汽車為目標”（Earle）。因此，與生產及組裝所需要的時間相比，該公司更重視縮短從確定造型設計到產品完成的時間。
Strati的最新試制車在2014年12月初確定造型設計，在2015年1月底完成，共花費了2個月時間（圖4）。普通汽車從確定造型設計，到之后制造模具等生產設備、建立生產體制，再到量產1號車完成，至少要花費10個月時間，但Strati要短得多。“今后將力爭縮短到1周左右”（Earle）。
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圖4：Strati造型設計的改進 可在短期內極細致地變更及調整造型設計，這也是3D打印車的特點。（a）為在IMTS（2014年9月）及底特律車展（2015年1月）上展出的Strati，（b）為之后變更造型設計的Strati。 |
今后，如果顧客“想要這樣的汽車”，與Local Motors公司的工作人員商談造型設計，并決定造型設計后，數周內便可交車。“到時不僅造型設計可根據顧客的要求做微細調整，而且還可改變汽車的尺寸，做大的變更”（Earle）。
設立多個小型制造基地
Local Motors公司正如其公司名稱一樣，目標是在各個地區設立微工廠，在削減運輸成本的同時以“地產地消”策略開發和生產產品。按照該公司的打算，這些微工廠不僅僅是單純制造產品的基地，還將成為讓顧客參與產品設計及造型設計的共同作業基地，乃至對制造出來的產品展開銷售的基地（圖5）。
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圖5：Local Motors公司的基地 兼具與顧客共同設計以及制造、銷售的功能。（a ）為位于美國亞利桑那州菲尼克斯的汽車（Rally Fighter）組裝場地。外觀精加工采用貼膜而非涂裝工藝。（b）為位于美國田納西州諾克斯維爾的門店。 |
截至2015年2月，Local Motors公司已在亞利桑那州菲尼克斯和內華達州拉斯維加斯設立了微工廠。并且，該公司還計劃2015年內在靠近華盛頓哥倫比亞特區的馬里蘭州的商業設施國家海港（National Harbor），以及前面提到的諾克斯維爾設立微工廠。另外，該公司已于2014年6月在諾克斯維爾的城市商業區開設門店，成為3D打印車的銷售點。 ■日文原文
(責任編輯：admin)
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