導(dǎo)讀:在過去的一年間,3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展,甚至已經(jīng)局部實(shí)現(xiàn)了汽車零部件量產(chǎn)。盡管就目前而言,3D打印一整輛汽車仍是不實(shí)現(xiàn)的,但3D打印技術(shù)對(duì)于整套汽車工業(yè)生產(chǎn)體系,卻展現(xiàn)出非比尋常的意義,它的存在,或許就是支撐未來汽車革命的關(guān)鍵支柱之一。本期,南極熊就對(duì)2021年3D打印在汽車行業(yè)的10大應(yīng)用展開了回顧。
保時(shí)捷推出2萬元的3D打印座椅,支撐性更好,已交付車型可更換
保時(shí)捷逐漸為集團(tuán)旗下718、911(參數(shù)|圖片)等車系給予3D打印健身運(yùn)動(dòng)式坐椅可選。與此同時(shí),現(xiàn)階段早已交貨的車系一樣能夠變更新坐椅,該坐椅支撐點(diǎn)性、座姿都將更為符合人體工學(xué)。
保時(shí)捷官方網(wǎng)表明,最新款健身運(yùn)動(dòng)坐椅所有由3D打印生產(chǎn)制造,椅背中間一部分還能夠給予三種不同的強(qiáng)度可選擇。保時(shí)捷試車手Lars Kern在感受三維打印坐椅后表明,“該在檢測(cè)全過程中澳的坐椅幫我留下來了深入的印象,它更符合人體工學(xué),有著略低的座姿、改善的大腿根部支撐點(diǎn),與跑車中的坐椅類似。此外,它的自然通風(fēng)性也讓人印象深刻。”
該座椅單價(jià)為2,677.50歐元,約為3,100美元,合2萬元人民幣,且在保時(shí)捷中心安裝只需幾分鐘。目前3D打印網(wǎng)格共有三種顏色選項(xiàng),分別是黑色、紅色(Guards Red)和黃色(Racing Yellow),2月份還將推出灰色(Arctic Grey)、青色(Ultramarine)藍(lán)色(Shark Blue)。
通用AIC中心安裝24臺(tái)金屬和非金屬3D打印機(jī),用于設(shè)計(jì)汽車原型及工具
2021年3月,通用汽車(GM)開設(shè)了一個(gè)15000平方英尺的3D打印設(shè)備中心——AIC,其中包括24臺(tái)金屬和非金屬設(shè)備。增材工業(yè)化中心(AIC)專門致力于在汽車行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)的生產(chǎn)化,該中心被認(rèn)為是通用汽車過去幾年在3D打印領(lǐng)域增加專業(yè)知識(shí)和投資的 "頂點(diǎn)"。
作為汽車行業(yè)標(biāo)桿企業(yè),通用汽車已經(jīng)很好地掌握了3D打印作為原型設(shè)計(jì)工具的能力,許多部件都是在各種測(cè)試環(huán)境中用于預(yù)生產(chǎn)車輛的功能模型。據(jù)悉,通過不懈努力,通用汽車已經(jīng)成功解決了早期工具成本費(fèi)用昂貴以及一系列零件上快速迭代的問題,在雪佛蘭克爾維特(Chevrolet Corvette)的制動(dòng)冷卻管道開發(fā)過程中,該公司利用增材制造技術(shù)將時(shí)間縮短了9周,成本降低60%。
△通用汽車增材制造工業(yè)化中心制作的3D打印凱迪拉克V系列暖通空調(diào)管道和線束支架
通用汽車目前正致力于推進(jìn)和擴(kuò)大3D打印的應(yīng)用范圍,他們還通過增材制造生產(chǎn)手動(dòng)工具、自動(dòng)化組件和快速響應(yīng)解決方案,能夠合并設(shè)計(jì),減少零件數(shù)量并減輕重量。例如,他們使用設(shè)備3D打印了近100個(gè)手工工具,用于新款全尺寸的SUV,他們使用了尼龍?zhí)祭w維復(fù)合材料代替鋁材,重量從30磅降至僅3磅。
隨著AIC投入使用,公司希望更進(jìn)一步生產(chǎn)車輛上的終端部件。與此同時(shí),凱迪拉克還宣布CT4-V Blackwing和CT5-V Blackwing將成為通用汽車首批采用3D打印部件的量產(chǎn)車。這些部件包括手動(dòng)換擋旋鈕上的一個(gè)徽章、一個(gè)電線束支架和兩個(gè)HVAC管道,均以降低成本和提高效率的方式生產(chǎn)。這對(duì)通用汽車來說是一個(gè)重要的里程碑,他們希望加快3D打印終端部件的量產(chǎn)。
Local Motors使用3D打印技術(shù)為OLI 2.0自動(dòng)駕駛電車完成部件升級(jí)
2021年12月16日,南極熊獲悉,位于亞利桑那州的汽車原始設(shè)備制造商Local Motors宣布為其3D打印的自動(dòng)駕駛電動(dòng)車Olli 2.0進(jìn)行了一系列的部件新升級(jí)。
△Olli 2.0自動(dòng)駕駛汽車
在美國成功推廣后,Local Motors公司目前正在尋求批準(zhǔn)在歐洲的一個(gè)項(xiàng)目中部署它們自動(dòng)駕駛汽車。然而,該公司發(fā)現(xiàn),由于歐盟更嚴(yán)格的規(guī)定,它需要裝配一套擋風(fēng)玻璃雨刷。
Local Motors公司歐洲、中東和非洲地區(qū)總經(jīng)理Carlo Iacovini解釋說:"Olli正在世界各地的校園、體育場(chǎng)、工業(yè)區(qū)和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)運(yùn)營。為了批準(zhǔn)在歐洲的部署,它需要一些美國市場(chǎng)上不需要的額外部件"。
為了制造關(guān)鍵的部件,該公司的歐洲、中東和非洲地區(qū)管理層尋求意大利的3D打印服務(wù)提供商CRP Technology的幫助。利用CRP專有的Windform復(fù)合材料,這兩家公司現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)、3D打印并集成了一些額外的擋風(fēng)玻璃雨刷升級(jí),以支持歐洲項(xiàng)目的獲批。
△Olli2.0的新?lián)躏L(fēng)玻璃雨刷和3D打印的雨刷蓋部件。照片來自LocalMotors。
3000匹馬力 9000萬元/輛,希臘3D打印超跑CHAOS
希臘汽車制造商Spyros Panopoulos汽車公司(SPA)將推出一款3000匹馬力的 "超跑",具有獨(dú)特的基于3D打印設(shè)計(jì)理念,價(jià)格超9000萬人民幣。
SPA即將推出配備了12,000轉(zhuǎn)/分V10發(fā)動(dòng)機(jī)的跑車叫作 "Chaos",它的特點(diǎn)是采用羽毛狀的3D打印車身面板,能夠在兩秒內(nèi)從0加速到60英里/小時(shí)。目前,這個(gè)強(qiáng)大的跑車還沒有真正亮相,但制造商通過一系列的CGI圖片展示了這款超跑 。
△Spyros Panopoulos汽車公司(SPA)的3D打印Chaos 超跑,圖片來自SPA
為了讓超跑達(dá)到速度目標(biāo),SPA計(jì)劃使用 "Anadiaplasi "制造工藝對(duì)Chaos的一些元素進(jìn)行輕量化。比如打算為3000匹馬力的超跑配備3D打印的四路排氣管,以及基于鈦和鎂的制動(dòng)卡鉗和轉(zhuǎn)子轂。
△金屬3D打印制動(dòng)卡鉗
△金屬3D打印轉(zhuǎn)子轂
△碳纖維3D打印汽車零件
△尼龍3D打印汽車零件
此外,據(jù)說Chaos未來主義的車身78%也是3D打印的,車的部分發(fā)動(dòng)機(jī)也是如此,如發(fā)動(dòng)機(jī)組、活塞、連桿、凸輪軸和進(jìn)氣閥,而輕質(zhì)車輪也將由鈦打印而成,據(jù)說采用的方法與GE Additive的電子束熔化(EBM)技術(shù)相似。
汽車零部件廠商Divergent增購3臺(tái)SLM NXG XII 600設(shè)備,全面加速增材制造工業(yè)化進(jìn)程
SLM Solutions與Divergent自2017年建立聯(lián)合開發(fā)關(guān)系。在過去的一年半中,Divergent一直在其位于洛杉磯的展示基地中使用著3臺(tái)NXG XII 600原型設(shè)備,這使得他們能夠更高效地進(jìn)行開發(fā),同時(shí)加速設(shè)備所生產(chǎn)的零部件投入市場(chǎng)的時(shí)間。加上此次新購置的3臺(tái)設(shè)備,Divergent共計(jì)將安裝6臺(tái)NXG XII 600設(shè)備,屆時(shí)Divergent也將成為美國地區(qū)安裝最多NXG XII 600設(shè)備的公司。而除此之外,Divergent還安裝有7臺(tái)SLM?500設(shè)備,3臺(tái)SLM?280設(shè)備以及1臺(tái)SLM?125設(shè)備。
Divergent創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官兼SLM Solutions監(jiān)事會(huì)成員——Kevin Czinger表示:“此次向SLM Solutions增購NXG XII 600將雙方多年來的緊密合作推向了頂點(diǎn),不僅完成了從原型制造到生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,同時(shí)也讓SLM?設(shè)備與Divergent自適應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)能夠相互配合,這將實(shí)現(xiàn)’人類-人工智能設(shè)計(jì)’的可持續(xù)發(fā)展,開辟出一個(gè)全新的未來?!?/p>
Divergent最初的工廠部署中還包含有眾多復(fù)雜的自動(dòng)裝配結(jié)構(gòu),在未來的兩年中它們將陸續(xù)投入使用。Divergent將進(jìn)一步擴(kuò)大其先進(jìn)設(shè)施的規(guī)模,這些設(shè)施將共同支持Divergent自適應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng),并促進(jìn)可持續(xù)生產(chǎn),其中包括主流汽車制造商的外包項(xiàng)目,同時(shí)也包括即將啟動(dòng)的Czinger 21C超級(jí)跑車批量化生產(chǎn)計(jì)劃。
大眾汽車粘結(jié)劑噴射技術(shù)將批量應(yīng)用,金屬3D打印零件年產(chǎn)量達(dá)10萬個(gè)
2021年6月19日,大眾汽車公司對(duì)外宣稱了它正在德國沃爾夫斯堡的總部使用一種名為 "粘合劑噴射(Binder jetting)"的新型3D打印工藝,這種工藝使制造的部件比傳統(tǒng)用鋼板制造的部件要減輕50%的重量。
粘合劑噴射法用一種兩步法取代了傳統(tǒng)3D打印中使用的激光,其中包括使用一種粘合劑來構(gòu)建部件。大眾汽車公司表示,這種工藝使其能夠降低成本并提高生產(chǎn)力,并且它們是目前唯一使用該工藝的汽車制造商。具體而言,用Binder jetting工藝制造的第一批零件(目前正在等待內(nèi)部認(rèn)證)是T-Roc(參數(shù)|圖片)敞篷車的A柱部件。這些部件的重量是傳統(tǒng)制造工藝的一半左右,大眾汽車公司表示,它們已經(jīng)對(duì)3D打印部件的防撞性進(jìn)行了測(cè)試。
大眾汽車公司還宣布,它已經(jīng)與西門子建立了軟件合作關(guān)系,加強(qiáng)與惠普公司現(xiàn)有的打印機(jī)合作。這樣可以獲得更多的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì),嵌套疊加打印零件,即在同一個(gè)打印室中同時(shí)制造多個(gè)零件。大眾汽車公司說,這些創(chuàng)新加在一起,將使3D打印技術(shù)變得足夠低價(jià),使其在大規(guī)模生產(chǎn)的車輛中變得可行。
△惠普的metal Jet金屬打印系統(tǒng)
福特將大規(guī)模生產(chǎn)金屬3D打印汽車部件,采用粘結(jié)劑噴射技術(shù)
2021年8月13日,福特汽車公司(NYSE: F)公開表示,將在未來兩到三年內(nèi)用金屬3D打印技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)一種新的汽車部件。福特公司的3D打印技術(shù)負(fù)責(zé)人Harold Sears說,它將依靠ExOne(Nasdaq: XONE)的金屬粘合劑噴射技術(shù)來實(shí)現(xiàn)最終部件的全面生產(chǎn)。隨著不斷完善這個(gè)項(xiàng)目的大規(guī)模生產(chǎn)工藝,福特還計(jì)劃將這項(xiàng)技術(shù)用到其他部件的生產(chǎn)中。
福特公司長(zhǎng)期以來一直在使用3D打印技術(shù),先是依靠3D打印進(jìn)行原型設(shè)計(jì),后來又成為前沿工藝的早期采用者和開發(fā)伙伴,如Carbon的數(shù)字光合成技術(shù)。因此,它成為使用增材制造(AM)制造金屬終端零件的領(lǐng)導(dǎo)者并不奇怪。
△福特公司使用數(shù)字光合成技術(shù)為特種車輛3D打印的零件,圖片由Carbon公司提供
之所以福特說出這樣的計(jì)劃,是因?yàn)樽罱cExOne公司合作3D打印了6061鋁,其物理性能可與壓鑄部件媲美。以可重復(fù)的方式3D打印和燒結(jié)金屬的能力使福特 "相信3D打印可以支持汽車的數(shù)量"。
△ExOne公司已經(jīng)與福特公司合作,獲得了鋁粘合劑噴射3D打印的資格,圖片由ExOne公司提供
Ascension Design推出3D打印2片式鈦合金輪轂
2021年9月22日,南極熊獲悉,來自國內(nèi)的設(shè)計(jì)公司Ascension Design展示了世界首款可實(shí)際使用的3D打印2片式鈦合金輪轂,據(jù)公司負(fù)責(zé)人介紹,該輪轂已通過國家標(biāo)準(zhǔn)的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),滿足上路的性能條件和要求,將會(huì)在不久后交付給第一批客戶裝車上路。
據(jù)了解,該輪轂規(guī)格為20寸,外圈由碳纖維材質(zhì),內(nèi)圈由鈦合金整體3D打印(使用成型尺寸可達(dá)600mm的鉑力特四激光大型SLM金屬3D打印機(jī))而成,打印部分直徑為500mm,單個(gè)輪轂重量為10kg,相比傳統(tǒng)輪轂重量減少40%,整體性能提高30%以上。據(jù)負(fù)責(zé)人介紹,相比于傳統(tǒng)制造方法,3D打印可實(shí)現(xiàn)輪轂的定制化,真正的滿足不同客戶的定制化需求,并且創(chuàng)造出傳統(tǒng)制造方式無法達(dá)到的酷炫造型。
德國黑石以3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)電動(dòng)汽車電池
12月10日,位于德國薩克森州D?beln市的黑石技術(shù)有限公司(Blackstone Technology)宣布,從即刻起將用3D打印技術(shù)生產(chǎn)電動(dòng)汽車的電池。這家瑞士企業(yè)在德國的子公司通過在線發(fā)布會(huì)展示了其新工廠和首條生產(chǎn)線。
該增材工藝名為“厚層技術(shù)”,通過該工藝能用3D打印技術(shù)生產(chǎn)電池電極和鋰離子電池的隔膜。據(jù)該公司稱,該制造工藝與傳統(tǒng)生產(chǎn)的鋰離子電池相比具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì):通過打印工藝意味著儲(chǔ)存電力的電池單元層更厚,因此能量密度提高了20%。電池的尺寸可以靈活調(diào)整,可以根據(jù)客戶,例如汽車公司的需求進(jìn)行定制。電池空間節(jié)省15%,材料節(jié)省20歐元/千瓦時(shí)。與此同時(shí),生產(chǎn)中的能源消耗降低23%。此外該流程基于環(huán)保的純水工藝,可減少50%的生產(chǎn)廢料。
德國對(duì)于增材生產(chǎn)領(lǐng)域是一個(gè)極具吸引力的投資地,它擁有全球最領(lǐng)先的工業(yè)如汽車、航空、軌道技術(shù)、機(jī)械制造及其工程師傳統(tǒng),為生產(chǎn)流程提供了最佳的條件。這里是工業(yè)增材生產(chǎn)全球的真實(shí)實(shí)驗(yàn)室,這項(xiàng)3D打印電池的應(yīng)用案例也表明在德國未來工業(yè)領(lǐng)域投資是值得的。
助力汽車行業(yè)完成數(shù)字化升級(jí),斯柯達(dá)利用3D打印技術(shù)精簡(jiǎn)汽車生產(chǎn)流程
2021年12月15日,捷克汽車制造商斯柯達(dá)宣布,它將持續(xù)使用3D打印技術(shù)來生產(chǎn)汽車原型、備件和工具,進(jìn)而達(dá)到精簡(jiǎn)其汽車生產(chǎn)業(yè)務(wù)的目的。
作為"讓3D打印工廠更靈活"項(xiàng)目的一部分,斯柯達(dá)公司已經(jīng)建立了一些打印工廠,采用了由Prusa等公司開發(fā)的系統(tǒng)。該公司的增材制造計(jì)劃最近得到了捷克共和國工業(yè)聯(lián)合會(huì)的認(rèn)可,該項(xiàng)目現(xiàn)在被認(rèn)為是該國過去一年中最具創(chuàng)新性的五個(gè)工業(yè)4.0應(yīng)用之一。此外,斯柯達(dá)還宣布了其即將推出的 "FORCE--未來工廠"計(jì)劃,這一計(jì)劃將加快他們公司許多生產(chǎn)設(shè)施中進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)進(jìn)程。
△斯柯達(dá)的打印工廠項(xiàng)目得到了捷克共和國工業(yè)聯(lián)合會(huì)的認(rèn)可。照片來自斯柯達(dá)
由于一款新車的開發(fā)過程很復(fù)雜,汽車制造商在新車型的研發(fā)階段經(jīng)常要花上幾年的時(shí)間。這段時(shí)間主要用于設(shè)計(jì)、測(cè)試和迭代想法,這意味著需要快速的原型設(shè)計(jì)和較短的交貨時(shí)間。像斯柯達(dá)這樣的汽車制造商可以利用3D打印機(jī)來簡(jiǎn)化內(nèi)部生產(chǎn),而不是僅僅為了幾個(gè)小批量零件的原型而投資整個(gè)生產(chǎn)線或模具。除了使公司能夠在更短的時(shí)間內(nèi)完成新的設(shè)計(jì)之外,使用增材制造還可以大大節(jié)省成本,因?yàn)榈谌街圃焐瘫煌耆蕴恕?/p>
當(dāng)然,3D打印的使用案例也延伸到了制造工具,在那里可以在幾小時(shí)內(nèi)生產(chǎn)出夾具,以幫助裝配線的操作。3D打印甚至在售后備件方面也有潛在的應(yīng)用。當(dāng)處理以前傳統(tǒng)制造但現(xiàn)在已經(jīng)過時(shí)的部件時(shí),增材制造會(huì)特別方便,因?yàn)椴考牟少徔赡艹蔀橐粋€(gè)真正的痛點(diǎn)。通過按需打印這些部件,公司可以確保更快的交貨時(shí)間,同時(shí)減少對(duì)巨大的實(shí)物部件庫存的依賴。
總結(jié)
縱觀2021年3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用,可以發(fā)現(xiàn),除了在原型制作、輕量化、復(fù)雜最終用途部件以及工裝夾具等方面進(jìn)一步深化使用外,3D打印在電池制作和新能源汽車上取得的突破著實(shí)讓人眼前一亮。有理由相信,趁著當(dāng)下這股碳中和、碳達(dá)峰以及新能源汽車發(fā)展的“東風(fēng)”,3D打印電動(dòng)汽車電池未來勢(shì)必會(huì)展現(xiàn)出更強(qiáng)勁的勢(shì)頭。但我們也可以看到,國內(nèi)對(duì)于3D打印電池應(yīng)用方面的研究乏善可陳,表明我國的汽車制造商還需要在這一方面繼續(xù)發(fā)力,爭(zhēng)取早日推出能打的產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)。
不可否認(rèn)的是,3D打印技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè),除了可以大幅度降低汽車開發(fā)過程中和制造過程中的成本,還能夠提升工作效率,降低新車型新零件的開發(fā)時(shí)間。最終,這些會(huì)反應(yīng)到汽車的價(jià)格和品質(zhì)上,品質(zhì)更好,技術(shù)更完善、價(jià)格更便宜的汽車會(huì)因?yàn)?D打印技術(shù)的普及而出現(xiàn)。也許就在不久的將來,3D打印直接生產(chǎn)出大批量生產(chǎn)的汽車也可以實(shí)現(xiàn),但這還需要3D打印技術(shù)、3D打印材料、3D打印速度的進(jìn)一步突破,我們拭目以待。
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