導(dǎo)讀：在過(guò)去的一年間，3D打印技術(shù)在汽車(chē)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(chē)零部件量產(chǎn)。盡管就目前而言，3D打印一整輛汽車(chē)仍是不實(shí)現(xiàn)的，但3D打印技術(shù)對(duì)于整套汽車(chē)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(lái)汽車(chē)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(chē)行業(yè)的10大應(yīng)用展開(kāi)了回顧。
保時(shí)捷推出2萬(wàn)元的3D打印座椅，支撐性更好，已交付車(chē)型可更換
保時(shí)捷逐漸為集團(tuán)旗下718 等車(chē)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(chē)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(chē)手Lars Kern在感受三維打印坐椅后表明，“該在檢測(cè)全過(guò)程中澳的坐椅幫我留下來(lái)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(chē)中的坐椅類(lèi)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(wàn)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(chē)原型及工具
2021年3月，通用汽車(chē)(GM)開(kāi)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(mén)致力于在汽車(chē)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(chē)過(guò)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(chē)行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)，通用汽車(chē)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(chē)輛的功能模型。據(jù)悉，通過(guò)不懈努力，通用汽車(chē)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(wèn)題，在雪佛蘭克爾維特（Chevrolet Corvette）的制動(dòng)冷卻管道開(kāi)發(fā)過(guò)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(chē)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(chē)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(guò)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(chē)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(chē)首批采用3D打印部件的量產(chǎn)車(chē)。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(chē)來(lái)說(shuō)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)
在美國(guó)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(chē)。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(shuō)："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(yíng)。為了批準(zhǔn)在歐洲的部署，它需要一些美國(guó)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(lái)自LocalMotors。
3000匹馬力 9000萬(wàn)元/輛，希臘3D打印超跑CHAOS
希臘汽車(chē)制造商Spyros Panopoulos汽車(chē)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(wàn)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(chē)叫作 "Chaos"，它的特點(diǎn)是采用羽毛狀的3D打印車(chē)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(chē)還沒(méi)有真正亮相，但制造商通過(guò)一系列的CGI圖片展示了這款超跑 。
△Spyros Panopoulos汽車(chē)公司（SPA）的3D打印Chaos 超跑，圖片來(lái)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(chē)零件
△尼龍3D打印汽車(chē)零件
此外，據(jù)說(shuō)Chaos未來(lái)主義的車(chē)身78%也是3D打印的，車(chē)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(chē)輪也將由鈦打印而成，據(jù)說(shuō)采用的方法與GE Additive的電子束熔化（EBM）技術(shù)相似。
汽車(chē)零部件廠商Divergent增購(gòu)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(kāi)發(fā)關(guān)系。在過(guò)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(kāi)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(gòu)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(guó)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(gòu)NXG XII 600將雙方多年來(lái)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(lèi)-人工智能設(shè)計(jì)’的可持續(xù)發(fā)展，開(kāi)辟出一個(gè)全新的未來(lái)。”
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(lái)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(chē)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(chē)批量化生產(chǎn)計(jì)劃。
大眾汽車(chē)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(wàn)個(gè)
2021年6月19日，大眾汽車(chē)公司對(duì)外宣稱了它正在德國(guó)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(lái)構(gòu)建部件。大眾汽車(chē)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(chē)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)(參數(shù)|圖片)敞篷車(chē)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(chē)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(chē)公司還宣布，它已經(jīng)與西門(mén)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(chē)公司說(shuō)，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(chē)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(chē)部件，采用粘結(jié)劑噴射技術(shù)
2021年8月13日，福特汽車(chē)公司（NYSE: F）公開(kāi)表示，將在未來(lái)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(chē)部件。福特公司的3D打印技術(shù)負(fù)責(zé)人Harold Sears說(shuō)，它將依靠ExOne（Nasdaq: XONE）的金屬粘合劑噴射技術(shù)來(lái)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(lái)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(lái)又成為前沿工藝的早期采用者和開(kāi)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(chē)輛3D打印的零件，圖片由Carbon公司提供
之所以福特說(shuō)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(chē)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(lái)自國(guó)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(guò)國(guó)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(chē)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?。ㄊ褂贸尚统叽缈蛇_(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(wú)法達(dá)到的酷炫造型。
德國(guó)黑石以3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)電池
12月10日，位于德國(guó)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(chē)的電池。這家瑞士企業(yè)在德國(guó)的子公司通過(guò)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(guò)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(guò)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(chē)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(guó)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(chē)、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(guó)未來(lái)工業(yè)領(lǐng)域投資是值得的。
助力汽車(chē)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(chē)生產(chǎn)流程
2021年12月15日，捷克汽車(chē)制造商斯柯達(dá)宣布，它將持續(xù)使用3D打印技術(shù)來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)原型、備件和工具，進(jìn)而達(dá)到精簡(jiǎn)其汽車(chē)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(kāi)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(guó)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(guó)過(guò)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(lái)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(guó)工業(yè)聯(lián)合會(huì)的認(rèn)可。照片來(lái)自斯柯達(dá)
由于一款新車(chē)的開(kāi)發(fā)過(guò)程很復(fù)雜，汽車(chē)制造商在新車(chē)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(chē)制造商可以利用3D打印機(jī)來(lái)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(guò)時(shí)的部件時(shí)，增材制造會(huì)特別方便，因?yàn)椴考牟少?gòu)可能成為一個(gè)真正的痛點(diǎn)。通過(guò)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(kù)存的依賴。
總結(jié)
縱觀2021年3D打印技術(shù)在汽車(chē)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(chē)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(chē)發(fā)展的“東風(fēng)”，3D打印電動(dòng)汽車(chē)電池未來(lái)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(guó)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(guó)的汽車(chē)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(chē)行業(yè)，除了可以大幅度降低汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中和制造過(guò)程中的成本，還能夠提升工作效率，降低新車(chē)型新零件的開(kāi)發(fā)時(shí)間。最終，這些會(huì)反應(yīng)到汽車(chē)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(chē)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(lái)，3D打印直接生產(chǎn)出大批量生產(chǎn)的汽車(chē)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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