汽車+3D打印=？

2021-11-22

1885年，德國工程師卡爾·本茨制成了第一輛本茨專利機(jī)動(dòng)車，世界上首輛真正意義上的汽車就此誕生了，在三十年后的1915年，福特公司生產(chǎn)出了世界上第一輛箱型汽車并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，汽車產(chǎn)業(yè)從此進(jìn)入了發(fā)展的快車道。湊巧的是，3D打印技術(shù)從問世距今同樣也有三十多年了，在這期間它的技術(shù)種類不斷豐富、工藝不斷成熟完善、應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)擴(kuò)張，各行各業(yè)的人們也在積極的探索這項(xiàng)技術(shù)所能達(dá)到的廣度與深度。汽車產(chǎn)業(yè)不僅是其中之一，甚至可以說是目前3D打印應(yīng)用最成熟的領(lǐng)域了。那么3D打印這個(gè)僅僅發(fā)展了三十多年的技術(shù)，是怎樣與汽車產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的呢？

汽車+3D打印=吸睛的概念？

? ? ? 首先“汽車+3D打印”，一定是汽車在前3D打印在后，汽車是主體而3D打印是工具的。目的是利用3D打印的特性和優(yōu)勢，為汽車這個(gè)最終產(chǎn)品及其設(shè)計(jì)制造工藝，進(jìn)行品質(zhì)的提升或者流程的優(yōu)化，不能陷入為了用而用的陷阱。所以近年來，“汽車+3D打印”就慢慢從一個(gè)展會(huì)上看完就忘的吸睛概念，下沉到實(shí)際的研發(fā)試制工作中，深入到部分零件的替換優(yōu)化中，甚至最后再到真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)3D打印汽車的上市。所以，目前3D打印能與汽車產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的，是在研發(fā)試制、生產(chǎn)線的工裝夾治具、定制化改裝、以及量產(chǎn)這幾個(gè)環(huán)節(jié)。

上圖從左到右依次是世界首款3D打印汽車Urbee 2、電動(dòng)車Strati、跑車Blade

3D打印的輪胎工裝

“MINI Yours Customized”定制3D打印零件服務(wù)

XEV的全球首款量產(chǎn)3D打印電動(dòng)車在意大利獲得7000輛的訂單

? ? ? 再將目光回到汽車這一最終產(chǎn)品上。一輛汽車可以簡單的分為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身、電氣設(shè)備這幾大部分，也可以再細(xì)分為更多的子系統(tǒng)，通常一輛車上的零件數(shù)量達(dá)到1-2萬個(gè)，按照材料類型可粗分為金屬與非金屬2大類，其中金屬零件占大多數(shù)，用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、車身、車架、懸架、底盤和電子設(shè)備上，而非金屬材料則主要用于車輛的內(nèi)飾、外飾、密封件、輪胎等部位。

汽車總成拆分平面圖

汽車上的部分非金屬零部件

? ? ? 在車輛的設(shè)計(jì)研發(fā)階段，若只考慮尺寸與裝配驗(yàn)證，那么車上幾乎絕大多數(shù)的非精密零部件目前都可以通過3D打印技術(shù)制造，并滿足驗(yàn)證的要求；但若要實(shí)現(xiàn)功能性驗(yàn)證，甚至要脫離研發(fā)階段，去實(shí)現(xiàn)最終使用乃至量產(chǎn)，那么可使用3D打印制造并替換的零件種類數(shù)量就會(huì)減少，因?yàn)橐x擇出合適的3D打印材料和工藝，并匹配零件的實(shí)際工況要求，這往往需要汽車與3D從業(yè)雙方積極的探索和溝通，并投入時(shí)間與精力為之攻關(guān)，這也是新技術(shù)應(yīng)用最難的部分。不過今天我們也確實(shí)看到了一個(gè)又一個(gè)新應(yīng)用的出現(xiàn)，3D打印與汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)也越來越多、越來越熱烈。

米其林3D打印無氣防穿刺輪胎Uptis

Joyson Safety Systems用SLS技術(shù)打印的碳纖維增強(qiáng)安全氣囊外殼

布加迪凱龍鈦合金3D打印剎車卡鉗

HRE Wheels和GE Additive制作的鈦合金輪轂

? ????盈普是國內(nèi)SLS增材制造設(shè)備的代表廠家，從事三維打印業(yè)務(wù)二十多年，憑借過硬的科研實(shí)力，針對(duì)不同行業(yè)應(yīng)用成功開發(fā)出S系列、P系列激光燒結(jié)增材制造系統(tǒng)以及多款專用高復(fù)用性粉體，是國內(nèi)首家獲得德國萊茵TüV認(rèn)證的激光燒結(jié)增材制造廠家，研發(fā)的產(chǎn)品獲得三十多項(xiàng)國家專利。

盈普在江蘇鹽城設(shè)立了SLS特新材料3D打印服務(wù)中心，并率先引進(jìn)了AMT的化學(xué)蒸汽平滑技術(shù)，目前盈普中山公司有兩臺(tái)AMT的后處理設(shè)備對(duì)外提供加工服務(wù)，可以提供完善的3D打印+后處理服務(wù)，為用戶創(chuàng)造更多價(jià)值。

在汽車應(yīng)用方面，盈普也持續(xù)進(jìn)行探索，包括與大學(xué)生方程式賽車車隊(duì)以及國內(nèi)主機(jī)廠的合作。其中賽車方面的合作可見我們往期的內(nèi)容：盈普在2021賽季對(duì)北京理工大學(xué)無人車隊(duì)、同濟(jì)大學(xué)汽油車隊(duì)的贊助合作。汽車主機(jī)廠方面，目前我們與東風(fēng)汽車集團(tuán)以及廣汽集團(tuán)的合作較為深入。

東風(fēng)汽車集團(tuán)在新車試制的過程中使用SLS技術(shù)打印原型零件，包括使用Precimid1172Pro GF30 BLK材料打印的中控面板和用Precimid1172Pro材料打印的配電箱殼體等，前者是一款30%玻璃增強(qiáng)的尼龍12材料，具備優(yōu)秀的強(qiáng)度與抗沖擊性能，后者則是通用型尼龍12材料，擁有良好的綜合性能和表面質(zhì)量。東風(fēng)汽車在使用3D打印技術(shù)后，可以避開制造塑料零件時(shí)需要的注塑或機(jī)加工工藝，將原型零件的制造流程簡化，并降低外包成本和模型泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

東風(fēng)汽車打印的中控面板（灰黑色）與配電箱殼體（白色）

? ? ? 另外廣汽集團(tuán)同樣將SLS技術(shù)的應(yīng)用集中在研發(fā)試制領(lǐng)域，但其應(yīng)用面更廣，打印的零件涵蓋了車上的內(nèi)外飾、熱交換系統(tǒng)、動(dòng)力總成、底盤等部分，可以用于包括外觀、結(jié)構(gòu)、裝機(jī)、人機(jī)工程這4大驗(yàn)證工作中，多達(dá)數(shù)十類（圖片此處不便展示）。以前委外加工的流程包括：提出需求－費(fèi)用申請(qǐng)－詢價(jià)－發(fā)外－收貨－驗(yàn)收，周期通常在2-3個(gè)星期，在SLS 3D打印設(shè)備投產(chǎn)后，流程縮短為4步：提出需求－加工－收貨－驗(yàn)收，最快4天可以開始驗(yàn)證工作，且流程都在本公司內(nèi)部。

當(dāng)然，在3D打印技術(shù)與汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)合越來越緊密的今天，我們也要看到：目前大部分汽車從業(yè)者不夠了解3D打印技術(shù)的最新發(fā)展和能力，而在3D打印領(lǐng)域能夠真正懂得汽車行業(yè)需求的人也不多，加之現(xiàn)階段3D打印技術(shù)本身還有不足，這些都依然限制了3D打印在汽車產(chǎn)業(yè)的拓展與深入，但我們也要有信心：3D打印發(fā)展至今不過三十幾年，材料種類還在不斷豐富、生產(chǎn)成本也在不斷降低、工藝逐步走向成熟，另外，汽車與3D打印從業(yè)者雙方都在積極的相向而行，汽車行業(yè)內(nèi)大規(guī)模普及使用3D打印技術(shù)的一天很快就會(huì)到來。