从实验室走向生产线 3D打印的未来就是汽车轻量化的未来
2020-12-28 13:52 作者: 行业资讯 383

尽管3D打印汽车已经有了显著的发展,但要进入量产时代可能还需要一点时间。大多数3D打印汽车项目要么是原型车,要么是3D打印汽车零件。而且尽管在优化、设计和可持续发展方面取得了相当大的进展,但3D打印技术然无法打印出整辆汽车。这种情况下,有人认为3D打印只是个噱头,在汽车工业的整套生产体系中存在的意义并不大,事实果真如此吗?

其实这个问题在各大汽车厂里已经有明确的答案了。虽然3D打印还没办法批量低成本高效率的制作出类似汽车三大件的核心零部件。不过在其他方面,3D打印确实能起到很好的替代作用,在整车的生产链条中属于锦上添花一样的存在。

3D打印主要集中在汽车零部件市场

车身零部件轻量化是日系车能够在不减强度的情况下减重的重要因素,有的朋友都认为日系车轻不耐撞。然而最近中保研的碰撞实测结果也证实了车身“更轻”的日系车,反而更加安全。车身结构件的安全强度与自身重量也没有直接关系。如汽车上常见的铝合金和钢板材料,铝合金虽然更轻,但其强度要远高于钢板材质,而且也更加耐撞。


在车身制造方面,日系企业已经把3D打印作为王牌武器添加到他们的生产线里。在今年年初,本田的研发部门就与软件公司Autodesk展开合作,双方设计了一款曲柄轴部件并采用3D打印技术制造样品,从而实现车辆轻量化并提升发动机燃油经济性。因为曲轴部件的材料及制造工艺特殊性,曲轴的整体结构自发动机诞生以来,都没有发生太大的变化。如今,随着3D打印技术的应用,本田的设计方案相较前述产品将实现减重30%的目标,可以说是一项新的突破。

此外,本田一直致力于使用3D打印技术及智能设计方案来优化汽车零部件的设计。迄今为止,本田对座椅安全带支架、发动机控制单元及车架等多类汽车零部件都进行了升级,也利用3D技术实现了车身零部件的轻量化。说到轻量化,3D打印可以一次性打印多种具备不同机械特性的材料,这种特性被许多制造厂商应用到汽车内饰部件的产品设计及研发阶段的评估中。方向盘、仪表板、空调排气扇、汽车操纵杆等多种材料和工艺组成的零件,都可借助3D打印技术和设备实现原型制造。

比如2017年,梅赛德斯-奔驰在制造业转型中迈出了重要一步:使用3D打印技术生产金属部件,其中就包括采用铸铝合金3D打印的奔驰卡车的恒温器。不仅如此,梅赛德斯-奔驰表示该环节通过了所有严格的质量测试。而保时捷更是在今年利用3D打印技术打印全新形态全桶座椅,该座椅采用新型材质,通过3D打印技术构建出独特结构,新座椅不仅更加符合人体工程学,还具有更轻的重量和更好的乘坐舒适性。据保时捷研发执行委员会成员迈克尔·施泰纳介绍,推出3D打印全新形态全桶座椅,保时捷可以再次为量产车客户提供体验赛车运动的机会。

保时捷能够为客户提供定制化服务,客户可以在软、中、硬三个硬度等级中进行选择。保时捷计划2020年限量生产40个3D打印定制座椅,用于保时捷911和718系列车型当中,搭配用于赛道的六点式安全带。保时捷收到这些客户的反馈后,将在2021年年中在个性化定制服务中推出。

将3D打印技术融入汽车生产制造过程中,奔驰、本田只是冰山一角。宝马、大众、福特、本田等车企都在各自的设计中心探索着3D打印对汽车生产制造带来的更多可能性,相比于传统造车过程,3D打印技术可以为车企节省更多的成本,缩短研发到上市的时间,只不过,现在的3D打印技术仅能应用于汽车零部件的生产。千万不要小看这些汽车零部件,3D打印机可以24小时全天候工作,并且可以通过接收到的数据进行逆向生产,可以让整个汽车制造过程变得更加灵活多变,可以使汽车制造业变得更加高效。

3D打印改变电动车行业的“游戏规则”

尤其是对于电动车行业来说,3D打印轻量零部件将会"改变游戏规则"。目前,在电动车的推广上来说,消费者对于有限续航里程的担忧是一大障碍,而车辆变轻不仅能够改善燃油经济性,还能够延长车辆续航里程。

以特斯拉为例,作为电动车市场绝对的领军企业,特斯拉似乎使用了一种多轴聚合物DED工艺将材料沉积在注塑成型零件的3D表面上,从而重新生成所需的形状。在金属覆层中,零件修复的类似做法在某种程度上很常见,但在聚合物零件生产中尚未见到。Stratasys和西门子(以及波音和福特)一直在研究这种3D打印硬件,主要用于沉积复合材料。

在此基础上,特斯拉汽车公司希望更广泛地采用3D打印技术来改进生产效率。日前,特斯拉发布了最新的招聘启事,为美国内华达州超级工厂招聘增材制造技术员,其中提及到了快速发展增材制造业务,可以看出特斯拉看好3D打印技术的潜力,未来将可能会投入更多的应用。

特斯拉官方的招聘启事中写道:“特斯拉正在寻找一位渴望成功的人士,具备运营SLA/SLS/FDM 3D打印设备所需的技能,进一步扩大快速增长的增材制造业务。”特斯拉还在招聘启事中列出了主要职责及资格技能,包括能构建不同系统的功能并能指导所有与机器维修相关的工作,同时具备3D打印工作经验,热爱快速成型和3D打印行业。而在专业技能方面,特斯拉要求熟悉CATIA、SolidWorks、Pro E、Rhino或其他CAD制图软件,并拥有2年以上相关学历或技术证书。

或许有一天我们将看到3D打印技术在特斯拉旗下的车型应用的例子越来越多,甚至最终将完全使用3D打印技术制造整车。不过眼下已经有一家企业无限接近完成特斯拉的“终极梦想”。

这家企业就是XEV公司。XEV来自欧洲,总部位于意大利都灵。团队由来自宝马、大众等知名车企。XEV开创性的将3D打印技术应用到汽车研发和生产中,以达到降低造车成本,满足高度定制化需求的目的。

XEV创新型汽车工厂的核心为智能增材生产解决方案,通过多台汽车级智能3D打印机的配合,达到环保高效以及低成本的汽车3D打印生产线。XEV创新型汽车工厂相比传统的汽车生产线,可将成本和新车研发时间减少多达90%。另外在安全性方面,3D打印技术可以从零件的内部结构出发,从而提高零件强度,相比起使用传统工艺生产的零件强度更高,安全性也更好。

 2019年3月,XEV与韩国济州的JMC公司签订了世界首个汽车级增材汽车生产合同,这一智能生产解决方案包含了50台3D打印机和4个后处理站,总价超过300万欧元。同时XEV与宝马、大众等知名车企也有深度合作,为其提供世界领先的智能生产解决方案。

3D打印汽车YOYO是XEV的最新产品,尽管只是首批试制车,YOYO目前已获得多项认证。PT0后,YOYO还将经历 PT1、PT2、SOP 等产线验证流程,目的验证模具的精准性,生产流程的合理性以及总装线工位节拍、整车装配和试验的最终认证。通过E-Mark认证(欧盟认证)后,即可在欧洲市场销售。

YOYO作为全球首台量产化3D打印新能源汽车,麻雀虽小但空间不小。内饰经过了人体工程学的全面测试,每个人都可以找到自己最舒适的坐姿。除了零排放以外,纯电动还将大量的空间释放出来,配合无边框车门设计和全景天窗,将带来无与伦比的通透体验。YOYO最大的特点就是安全性。在安全性上3D打印技术有着独特的优势:比如零件内部的结构更容易掌控,可以很好的提升零件的强度,这样也会提升整车的安全性和可靠性。

据悉,首批YOYO新能源汽车将于今年12月底交付,在欧洲的预订已经超过34000台YOYO新能源汽车,XEV将是中国最大新能源汽车出口公司,未来几年也将拓展国内市场。不知道重550公斤的3D打印汽车,大家会买吗?

评车

使用3D打印技术,可以更好地满足车企的需求。在竞争激烈的汽车制造行业,已经有越来越多的制造商采用3D打印技术用于大批量生产前低成本的测试产品和制造定制化的配件。虽然现今阶段主流的3D打印技术只停留在样品生产阶段,还不能进入大规模生产环节。但仅仅在样品试制阶段,就已经为企业节省了不少成本及时间。相信在未来,3D打印势必会给造车行业带来重大突破,类似YOYO这样的量产型3D打印新能源车将越来越普遍的出现购车清单之中。