3D打印技術(shù)為汽車重塑未來

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首先我們來回顧下3D技術(shù)在汽車制造史上的具有里程碑意義的歷史事件?！　v史事件回顧：　　2010年——世界首款3D打印汽車Urbee面世　　2010年初，世界首款3D打印汽車Urbee在美國面世，它是一款混合動力汽車，絕大多數(shù)零部件來自3D打印，耗時2500小時。Urbee的造型很奇特，它只有3個車輪。這種平扁的造型使其風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到了0.15，可以最大程度避免空氣阻力，而三輪車設(shè)計也是基于這一點的考慮。在動力方面，Urbee采用的是混合動力系統(tǒng)，兩臺電動機加一臺發(fā)動機，發(fā)動機使用的是乙醇燃料。電池則可以通過Urbee頂部的太陽能面板充電，總之一切都是為了最大程度節(jié)省燃料消耗?！　?013年——Urbee升級版Urbee2誕生　　2010年發(fā)布的Urbee后來由于各種問題只停留在了概念階段。時隔三年后，Urbee的升級版Urbee2誕生。Urbee2包含了超過50個3D打印組件，這相較傳統(tǒng)制造工藝顯得十分精簡。車輛除了底盤、動力系統(tǒng)和電子設(shè)備等，超過50%的部分都是由ABS塑料打印而來。當(dāng)時生產(chǎn)Urbee2需要花費2500小時，相當(dāng)于沒日沒夜超過100天才能打印這樣一輛車?！　?014年——世界首款3D電動汽車橫空出世　　2014年，世界上首款采用3D打印零部件制造的電動汽車橫空出世，這款名為“Strati”的電動汽車在美國芝加哥國際制造技術(shù)展覽會上由LocalMotors公司推出亮相。新產(chǎn)品制造過程僅用了44個小時，只有40個零部件。加上組裝時間，只需三天就能造出Strati，生產(chǎn)效率大大提升。除了動力傳動系統(tǒng)、懸架、電池、輪胎、車輪、線路、電動馬達(dá)和擋風(fēng)玻璃外，包括底盤、儀表板、座椅和車身在內(nèi)的余下部件均由3D打印機打印，所用材料為碳纖維增強熱塑性塑料。由于采用了塑料材料，讓“Strati”的質(zhì)量得以減輕，減噪效果同樣明顯。同時，“Strati”最大速度可達(dá)每小時64公里、一次充電可行駛190至240公里?！　?015年——全球首款3D打印跑車“BLADE”發(fā)布　　2015年全球首款3D打印跑車“BLADE”發(fā)布，這款3D打印跑車并沒有采用與“Strati”相同的一體成型技術(shù)，而是采用了3D打印鋁制的“節(jié)點”結(jié)構(gòu)。設(shè)計者使用3D打印精心打造出形狀復(fù)雜的節(jié)點之后，再通過現(xiàn)成的碳纖維管材將其連在一起。當(dāng)所有的節(jié)點的都打印出來后，幾個工人幾分鐘之內(nèi)就能將汽車底盤組裝好。“BLADE”的重量僅為0.64噸?！　⊥辏聡毩⑵囋O(shè)計公司EDAG在日內(nèi)瓦車展上帶來一款3D打印概念車LightCocoon，新車外殼每平方米僅重19克，是一張A4紙的四分之一。　　2016年——Daihatsu宣布提供3D打印零件定制服務(wù)　　6月20日，行業(yè)巨頭日本豐田汽車的子公司，小型汽車制造巨頭大發(fā)(Daihatsu)宣布將為客戶提供3D打印零件定制服務(wù)。這項服務(wù)使得預(yù)算有限的車主也能像擁有奢華轎車及跑車的巨富們一樣定制自己的汽車。不過這項服務(wù)僅適用于小型雙座敞篷跑車大發(fā)Copen。公司將十種不同顏色的復(fù)雜圖案點綴在板金上，設(shè)計出15種“外觀皮膚”，在當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商處訂購Copen車型的消費者可以從中任選一種。他們還可以在網(wǎng)上進(jìn)一步完善該設(shè)計，以達(dá)到他們想要的效果。通過采用美國公司Stratasys的3D打印設(shè)備，這些“皮膚”可被打印在熱塑性材料上，然后打印好的成品會被貼在車身前后部位?！　∥覈簿o跟世界3D汽車技術(shù)步伐：　　2015年——中國首臺3D打印概念汽車發(fā)布　　2015年3月24日，中國首臺3D打印概念汽車在海南三亞發(fā)布。這輛概念汽車由三亞思海三維技術(shù)有限公司開發(fā)研制，車身外殼部分用3D打印而成，重約500公斤，其余為組裝配件，通過電力驅(qū)動。從設(shè)計到組裝完成耗時一個月，其中3D打印階段耗時5天?！　?016年——金屬模具3D打印柔性制造技術(shù)問世　　煙臺泰利汽車模具股份有限公司首創(chuàng)性地突破了數(shù)字化無模鑄造與激光熔覆成形技術(shù)相結(jié)合的精密金屬模具3D打印柔性制造技術(shù)，研發(fā)出中國首臺大型大功率汽車模具五軸激光熔覆精密成形機(金屬3D打印機)。泰利汽車是國內(nèi)第一個提出將3D打印應(yīng)用到汽車模具制造行業(yè)的企業(yè)。2013年泰利汽車承擔(dān)了山東省自主創(chuàng)新專項補助項目“汽車模具3D打印柔性制造技術(shù)及裝備研發(fā)”后，通過與國家機械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心三年的合作成功開發(fā)出金屬模具3D打印柔性制造技術(shù)。　　應(yīng)用現(xiàn)狀：行業(yè)大咖加強技術(shù)合作創(chuàng)新，動作頻頻?！　‘?dāng)前3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)可以有幾方面的應(yīng)用：一是創(chuàng)新設(shè)計和校驗;二是整體成形，這也是未來的趨勢;三是將材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造一體化完成;四是復(fù)合成形制造，包括工藝復(fù)合、材料復(fù)合等。行業(yè)進(jìn)一步的細(xì)分及3D打印材料的突破與豐富將有利于增材制造技術(shù)在汽車零部件行業(yè)更好、更快發(fā)展。3D打印零部件材料種類顯著增加，意味著零部件制造成本或在三到五年內(nèi)大幅下降。未來，整車以及零部件領(lǐng)域?qū)υ霾闹圃旒夹g(shù)需求是非常大的，也將有更多的3D打印零部件實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。下面我們一起來看汽車制造大佬們在3D打印方面都有哪些動作。　　寶馬：生產(chǎn)制造大量使用3D技術(shù)　　早在1990年，寶馬集團“快速成型創(chuàng)新中心”受命開發(fā)第一款設(shè)備。1991年起，第一個原型零部件由公司自有的立體平版印刷設(shè)備成功生產(chǎn)。3D打印技術(shù)生產(chǎn)的零部件開始主要用于概念車，后來隨著技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)用于更多領(lǐng)域。根據(jù)部件的規(guī)格，寶馬集團采用了不同的生產(chǎn)程序和材料。目前，寶馬3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于需求頻繁的小批量定制零部件或復(fù)雜零部件，如前期開發(fā)、整車驗證和測試、概念車、以及工具制造和操作設(shè)備領(lǐng)域?！　汃R將3D打印技術(shù)應(yīng)用于全新開發(fā)的車型，如BMWi系列在原型車階段就大量使用了3D打印技術(shù)。除了用于引領(lǐng)趨勢的新車型，3D打印技術(shù)另一個富有魅力的應(yīng)用領(lǐng)域就是寶馬老爺車，尤其是那些歷史久遠(yuǎn)的藏品，可以利用三維技術(shù)對零件進(jìn)行掃描得到電子數(shù)據(jù)。通過這種逆向的生產(chǎn)方式，一些已經(jīng)停產(chǎn)的零件得以重新生產(chǎn)?！　?014年，寶馬集團在車輛總裝線上引入了3D打印的人體工程學(xué)生產(chǎn)工具，每個工具都是根據(jù)工人的手型單獨定制的，用于保護工人的拇指關(guān)節(jié)在工作中免受過大的壓力?！　汃R還與瑞典設(shè)計師ErikMelldahl用3D打印技術(shù)打造出一款名為「Maasaica」的概念車，動力來源自太陽能電池，車身材質(zhì)采用可分解材質(zhì)(菌絲與草的復(fù)合體)，整體而言造型既前衛(wèi)又充滿流線;顯示出綠能環(huán)保的趨勢，改變了傳統(tǒng)的制車模式?！　汃R3D打印技術(shù)另一種重要應(yīng)用是制造金屬零件，這種新的技術(shù)方案已經(jīng)用于小規(guī)模量產(chǎn)。近幾年來，BMW德國房車大師賽的賽車就裝備了3D打印的水泵轉(zhuǎn)子。這一高精度零件的材質(zhì)為輕質(zhì)鋁合金，其卓越表現(xiàn)已在賽車的極限使用環(huán)境中得到驗證。　　寶馬“快速成型創(chuàng)新中心”每年可以處理集團內(nèi)部近2.5萬個快速模型和近10萬個零部件的制造需求，其中包括設(shè)計樣品的小型塑料外殼以及用于功能測試的底盤組件。根據(jù)制造工藝和零部件尺寸，樣品的生產(chǎn)僅需數(shù)天即可完成?！　W迪：3D打印金屬部件用于汽車生產(chǎn)　　奧迪公司當(dāng)前使用的是大尺寸金屬3D打印機，可以制造240毫米長、200毫米寬的部件。同時他們還表示將引入更大的3D打印設(shè)備。奧迪公司負(fù)責(zé)工具制造的HubertWatl表示，奧迪將與研究伙伴一起共同推進(jìn)這項新的制造工藝，將3D打印的金屬部件用于普通汽車生產(chǎn)是奧迪的目標(biāo)之一?！　⊥瑫r，奧迪還使用金屬3D打印技術(shù)打造出了一輛完整地經(jīng)典款賽車，這款縮小了一半的3D打印賽車可容納一名駕駛員。奧迪表示，他們將與其母公司——大眾汽車集團的其他成員共同協(xié)作，尋找將金屬3D打印用于汽車生產(chǎn)的方法?！　「Ｌ兀杭铀購母拍畹搅慨a(chǎn)的發(fā)展　　美國福特汽車公司宣布將與3D打印公司Carbon3D合作，使用3D打印技術(shù)來生產(chǎn)高質(zhì)量的汽車部件，加速車輛從設(shè)計到量產(chǎn)的過程?！　≡缭?014年12月，兩家公司已經(jīng)展開合作協(xié)商，就用3D打印高速高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制造部分汽車配件開展可能性討論。Carbon3D推出的CLIP新技術(shù)可讓3D打印速度較傳統(tǒng)3D打印塊25到100倍,可以使用的材料也更加廣泛。福特表示，該公司會以自己的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對3D打印配件的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，經(jīng)過測試，使用CLIP新技術(shù)的3D打印汽車配件完全滿足福特的要求。據(jù)悉，目前使用3D打印部件的汽車將包括福特C-MAX和福特福星混合動力車?yán)锏霓D(zhuǎn)子、阻尼器外殼和變速器、福特翼虎復(fù)合動力車使用EcoBoost四氣缸發(fā)動機和福特2011版探險家的剎車片?！　「Ｌ丶瘓F全球產(chǎn)品開發(fā)副總裁RajNair表示，福特推動創(chuàng)新的能力取決于從概念到量產(chǎn)有多快。此項技術(shù)能夠快速將福特的產(chǎn)品從原型概念轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品，甚至能夠直接量產(chǎn)。高于之前任何的方法，福特能夠借此技術(shù)最快地將最新車型提供給消費者?！　”捡Y：全石墨烯3D打印最新概念車　　梅賽德斯-奔馳推出最新概念車梅賽德斯-奔馳DTW，其擁有米其林3D輪胎打印系統(tǒng)。該系統(tǒng)由很小的3D打印機噴嘴組成，這些噴嘴被安裝在每個輪胎的后面，當(dāng)汽車駕駛時它能夠把膠噴到輪胎上，可以有效地更新和改變輪胎的表面，以獲得最佳的性能。DTW整體采用石墨烯材料制成，比鋼的強度更大，但是重量卻更輕。同時，材料的透明度很高，坐在駕駛艙里就能夠看到窗外的全景。據(jù)了解，這款汽車是為2030年勒芒24小時汽車耐力賽而設(shè)計。　　本田：與3D打印公司合作大空間車型　　豐田汽車公司與日本一家軟硬件技術(shù)公司Kabuku合作打造了短程電動汽車系列MicroCommuter。Kabuku公司在3D打印技術(shù)領(lǐng)域有很強實力，其3D打印技術(shù)被稱為Rinkak，常被用來打造汽車外板?！　icroCommuter除了給駕駛員提供寬敞的空間，還用于移動宣傳并能夠在位于東京西南部Kamakura地區(qū)的公司總部附近狹窄的道路上駕駛。該車長2.495米，寬1.28米。高1.545米，重600千克，與本田MC-Beta電動汽車一般大小。MC-Beta是在2013年于日本推出，但已經(jīng)在2016年三月份宣布停產(chǎn)。然而，MC-Beta的滾動底盤卻被運用到MicroCommuter上，這主要得益于3D打印技術(shù)使得車身外板能夠在此商用車上得以運用，在外形和行李空間上煥然一新?！　∝S田還與Kabuku合作用3D打印技術(shù)為豐田i-Roadcommuter汽車量身打造了汽車車身。再次利用舊款車型打印車身，更加方便快捷。雙方的合作也進(jìn)一步推進(jìn)了3D技術(shù)的發(fā)展?！　∝S田：提高3D打印零部件兼容性　　豐田與克萊姆森大學(xué)國際汽車研究中心的學(xué)生合作開發(fā)出uBox概念車，目標(biāo)群體定位城市青年人群。車身多處為3D打印，可實現(xiàn)個性化定制。uBox汽車造型獨特，配備LED燈、向后拉開的車門、結(jié)合碳纖維和輕質(zhì)鋁的曲面玻璃車頂。車內(nèi)設(shè)計非常個性化，座椅十分靈活。　　同時，豐田還宣布了一項“道路開放計劃”OpenRoadProject。該項目目前主要針對i-Road超級緊湊型電動車，有100名參與者在提前體驗總共10輛i-Road，這100人當(dāng)中，既有平凡的普通人，也包括業(yè)內(nèi)的時尚專家。　　雖然i-Road是一輛超級緊湊型汽車，但是卻也能直接通過100V的交流電充電。此外，豐田還讓i-Road對定制化的3D打印零部件有著極好的兼容性，使得駕駛者能夠根據(jù)日常需求來進(jìn)行一定的改裝，比如選擇自己喜歡的顏色和紋理等等?！　?biāo)致雪鐵龍：車輛生產(chǎn)線應(yīng)用3D打印金屬覆蓋件　　標(biāo)致雪鐵龍與洛杉磯的3D打印公司Divergent簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議書，達(dá)成在金屬材料打印等方面的合作意向。戰(zhàn)略合作內(nèi)容包括為標(biāo)致雪鐵龍的車輛生產(chǎn)線研發(fā)3D打印的金屬覆蓋件，以實現(xiàn)整車結(jié)構(gòu)輕量化，降低其生產(chǎn)成本。Divergent公司稱其已經(jīng)研究出一套與3D打印技術(shù)配套的軟硬件平臺，通過該平臺可以大幅優(yōu)化整車設(shè)計過程，并能夠輕松打印出復(fù)雜的汽車部件。標(biāo)致雪鐵龍表示，此次合作將有效降低標(biāo)致雪鐵龍的整車與零部件生產(chǎn)成本?！　‰p方合作初期將在Divergent公司位于法國巴黎附近的Velizy研發(fā)中心進(jìn)行試制，下一步將嘗試汽車零部件的3D打印與裝配，最終目標(biāo)是利用該技術(shù)打印出“完整的車體結(jié)構(gòu)”?！　?biāo)致雪鐵龍CEO唐唯實(CarlosTavares)表示，應(yīng)用3D打印技術(shù)能夠大幅縮減生產(chǎn)工廠的規(guī)模，減輕整車重量并降低生產(chǎn)的復(fù)雜程度，同時也能給產(chǎn)品設(shè)計增添無限的靈活空間。　　殼牌：推出3D打印低油耗節(jié)能概念車　　在北京798藝術(shù)區(qū)，殼牌推出了首款城市概念車。采用了再生纖維與3D打印技術(shù)的這款概念車，在時速70公里的情況下，油耗比混合動力車還要低，百公里油耗不到三升。殼牌公司方面表示，這款汽車成本僅為一輛傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)汽車的四分之一，因此價格制定會充分考慮經(jīng)濟性?！　∩岣ダ眨簯?zhàn)略合作發(fā)展增材制造技術(shù)　　舍弗勒與德馬吉森精機在日本國際機床展覽會上簽署合作協(xié)議，就在滾動軸承增材制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)雙方的共同發(fā)展達(dá)成共識。德馬吉森精機研發(fā)的Lasertec653D技術(shù)為雙方的合作發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)，這是一款五軸多工序自動數(shù)控機床，其中包括舍弗勒將采用的激光金屬沉積焊接機。該機床旨在發(fā)展激光金屬沉積焊接增材生產(chǎn)技術(shù)，并將其最終運用于滾動軸承部件的原型及小批量柔性制造中。雙方合作聚焦于工藝流程、所用材料及材料與工藝的匹配性。采用激光金屬沉積焊接技術(shù)可在熔化材料的同時將其應(yīng)用于物體表面，因此材料為金屬粉末，而熱源是一種高性能激光。增材制造工藝與德馬吉森為混合設(shè)備而研發(fā)的傳統(tǒng)五軸機械加工技術(shù)相結(jié)合，可提高部件加工速度。　　索爾維：推出預(yù)測模擬設(shè)計平臺　　索爾維推出MMI®Technyl®模擬設(shè)計服務(wù)助力汽車功能件的3D制造。索爾維首次將Sinterline®粉末和可預(yù)測模擬設(shè)計技術(shù)-MMITechnyl®Design結(jié)合使用，成功實現(xiàn)Polimotor2一款進(jìn)氣歧管的3D制造。Polimotor2項目旨在開發(fā)重量僅為63-67公斤(138-148lbs)的全塑發(fā)動機，低于目前標(biāo)準(zhǔn)的引擎產(chǎn)品約40公斤(90lbs)，以此來降低油耗和二氧化碳排放?；趯interline®材料參數(shù)和激光燒結(jié)打印工藝的深度了解，可預(yù)測模擬設(shè)計顯示進(jìn)氣歧管的設(shè)計可比原先預(yù)想的輕30%?！　olimotor項目的設(shè)計者和負(fù)責(zé)人MattiHoltzberg表示，運用Sinterline®Technyl&regA6技術(shù)打印的這款進(jìn)氣歧管操作簡便，且在真實的工作狀態(tài)下不會出現(xiàn)故障。將可預(yù)測模擬設(shè)計與3d打印技術(shù)相結(jié)合，可以更好地發(fā)揮減重帶來的優(yōu)勢。　　西門子：釋放增材制造革命的全部潛能　　西門子開發(fā)出新的增材制造綜合解決方案，新方案將包括西門子NX軟件，新的Simcenter工具包，Teamcenter軟件，以及SIMATICIT統(tǒng)一架構(gòu)離散制造和SIMATICWinCC，后者是西門子制造運行管理(MOM)工具包的組件，該方案將釋放增材制造革命的全部潛能，可使企業(yè)在減少成本的同時獲得最佳性能?！　⌒陆鉀Q方案將在2017年1月發(fā)布，由集成的設(shè)計、仿真、數(shù)字制造、數(shù)據(jù)和工藝管理軟件組成。集成的解決方案將在所有階段使用智能產(chǎn)品模型，無需在應(yīng)用或工藝之間轉(zhuǎn)換或翻譯。解決方案將使用新的拓?fù)鋬?yōu)化能力實現(xiàn)設(shè)計的自動生成。這一技術(shù)與西門子新的先進(jìn)增材制造軟件相結(jié)合，可使企業(yè)重塑每件事情，在減少成本的同時獲得最佳性能。此外，3D打印一個優(yōu)化的零件外形的能力可以減少一個組合件中的零件數(shù)量，從而減重和增加強度。因此，航空航天、汽車和醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)將實現(xiàn)巨大價值?！　∥鏖T子面向金屬和塑料零件的3D打印準(zhǔn)備解決方案，將從設(shè)計和仿真階段使用同樣的智能產(chǎn)品模型，幫助設(shè)計更改自動化并優(yōu)化整個工藝。新解決方案將輔助操作員準(zhǔn)備用于粉末床和多噴射熔融打印的零件。對3D打印金屬零件來說，NX為激光金屬沉積和NC編程提供模型準(zhǔn)備，這包括混合增材數(shù)控機床的仿真。對塑料和碳纖維增強尼龍這樣的積壓材料來說，一個新的多軸機器人FDM編程技術(shù)已經(jīng)開發(fā)并正在測試。在零件打印出后，同樣的集成NX系統(tǒng)用于打印后NC操作，如去除支撐結(jié)構(gòu)的直觀編程、精密表秒的加工和其它加工與檢測操作。　　今后趨勢及最新進(jìn)展　　據(jù)了解，知名美國3D打印汽車公司LocalMotors在歐洲的首座微工廠即將正式啟動。這座工廠位于德國首都柏林，面積達(dá)1500平方米，將成為該公司EMEA(即歐洲、中東和非洲)業(yè)務(wù)的總部，與他們已經(jīng)在美國建成的3座工廠(分別位于亞利桑那、馬里蘭和田納西州)一樣負(fù)責(zé)3D打印汽車的設(shè)計、制造和銷售工作。　　▲LocalMotors首款量產(chǎn)化3D打印汽車LM3DSwim　　這座嶄新的德國工廠目前擁有11名員工，包括項目經(jīng)理、汽車及軟件工程師等。而其首款產(chǎn)品則將是LocalMotors在幾個月之前與IBM聯(lián)合發(fā)布的全球首款物聯(lián)網(wǎng)小型巴士Olli。這款巴士是專為緩解柏林這樣大城市的交通擁堵問題設(shè)計的，搭載有IBMWatson云計算平臺，雷達(dá)和攝像頭等傳感設(shè)備，能實現(xiàn)完全的自動駕駛，最多能裝下12名乘客，還配有一款專用App，能讓乘客輕松看到Olli的路線然后租用它。　　新材料、新技術(shù)對產(chǎn)業(yè)的拉動作用不可小視，3D打印技術(shù)能夠促使汽車制造企業(yè)拋開傳統(tǒng)加工生產(chǎn)思路，運用科技創(chuàng)新思路，把3D打印與汽車行業(yè)聯(lián)系起來，完成體系創(chuàng)新?？梢詫崿F(xiàn)單件小批快速定制，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計一體化，進(jìn)一步實現(xiàn)柔性化，在這個過程中能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排、提高質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，從而推動整個汽車制造業(yè)綠色化發(fā)展。相信，3D打印技術(shù)將會讓汽車行業(yè)受益無窮。