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實現(xiàn)“量產(chǎn)+輕量化”,3D打印才能普及于汽車制造業(yè)

近日,美國一位物理學家為了滿足兒子的愿望,運用3D打印技術(shù)給他打造了一臺專屬的蘭博基尼!據(jù)悉這對父子用3D打印的技術(shù)打印了車身的面板、尾燈、前大燈,甚至用各種塑料打印了通風口,然而這輛車也不完全由3D打印的部件組成,汽車的引擎便是從2003年雪佛蘭Corvette上面拆下了一個V8引擎,并給它升級成一對渦輪增壓器。


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D打印蘭博尼基Aventador(圖源網(wǎng)絡(luò))

 

近些年,3D打印作為“工業(yè)4.0”技術(shù)革命的支持之一,被推到了市場的風口浪尖,應(yīng)用于多個領(lǐng)域。尤其汽車制造行業(yè),已然被視為3D打印技術(shù)的重點應(yīng)用領(lǐng)域。 那么,3D打印在汽車制造行業(yè)發(fā)展到哪一步?影響其發(fā)展的關(guān)鍵點究竟是什么?

 

3D打印在汽車制造領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢


3D打印是快速成型技術(shù)的一種,又稱增材制造技術(shù),是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

 

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在汽車制造領(lǐng)域,3D打印技術(shù)使得部件生產(chǎn)過程中無需機床,重復(fù)生產(chǎn)的增材工藝能產(chǎn)出更輕更好的零部件,直接安裝在車輛上,可以大大縮短了開發(fā)時間生產(chǎn)成本。


它的優(yōu)勢在于:

  • 制作周期短、節(jié)約成本

  • 快速制造任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)

  • 個性化定制,精簡工序

 

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目前可打印的部件包括:工具,夾具,固定裝置,懸掛系統(tǒng),懸架,驅(qū)動軸,電池組,汽車座椅,熱交換器,底盤零件,輪胎模具,賽車冷凝器,排氣管,發(fā)動機冷卻套,定制化汽車零部件,汽車空調(diào),進氣系統(tǒng),方向盤。

 

對汽車行業(yè)來說,不管是從設(shè)計到研發(fā),還是從小批量試制大批量制造,相對現(xiàn)有的工藝都有著良好的應(yīng)用可行性。主流汽車廠基本都在使用3D打印技術(shù),例如:福特投資了4500萬美元打造增材制造研發(fā)中心學習汽車生產(chǎn),開始制造輔助插頭和其他部件。大眾在沃爾夫斯堡有其先進的3D打印中心,其主要生產(chǎn)設(shè)施用于生產(chǎn)復(fù)雜的汽車零部件。


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根據(jù)《全球3D打印汽車市場分析與發(fā)展趨勢——2025年行業(yè)預(yù)測》,到2025年3D打印設(shè)備的應(yīng)用將增長10%,其中大部分設(shè)備將被用于轎車、卡車零部件的制造。可見,3D打印在汽車制造領(lǐng)域的優(yōu)勢在于該項技術(shù)目前主要應(yīng)用在制造汽車零部件上。


怎么進一步提高3D打印在汽車制造的普及?


目前來看,3D打印普遍應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域中-零部件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。然而,由于制造成本高、產(chǎn)線技術(shù)限制等問題,導(dǎo)致3D打印在汽車制造的應(yīng)用仍未十分普遍。那么,如何提高3D打印技術(shù)在傳統(tǒng)汽車制造行業(yè)的應(yīng)用程度——在于量產(chǎn)與輕量化


量產(chǎn)


汽車產(chǎn)業(yè)是密集型產(chǎn)業(yè),最大的弱點是生產(chǎn)的設(shè)備為專業(yè)設(shè)計,這意味當有新款汽車投產(chǎn)的時候,則需要重新準備生產(chǎn)設(shè)備,這樣的生產(chǎn)模式昂貴且不靈活;而3D打印則可以滿足這種靈活性——只需要更改設(shè)計的數(shù)據(jù),則可以打印出不同的組件,這令生產(chǎn)線上的設(shè)備成本大幅下降。

 

據(jù)美國3D打印汽車公司Divergent創(chuàng)始人凱文·欣格指出:一輛售價約為3.5萬美元的汽車,通過3D打印技術(shù)生產(chǎn),它的生產(chǎn)成本降低4000美元至5000美元,同時,生產(chǎn)商還可以隨時決定調(diào)整或升級。

 

另外,打造一臺3D打印技術(shù)為核心的整車流水線也是關(guān)鍵。

 

XEV公司新造車企業(yè)的發(fā)布會上展出可一臺名叫 LSEV 的 3D 打印電動車,需要重點說明的是,這臺車并不僅僅是一臺 3D 打印模型車,而是一臺可以真正實現(xiàn)量產(chǎn)的 3D 打印電動車。原因在于XEV 研發(fā)了一臺以 3D 打印為核心的整車流水線和一套可以搭載 3D 打印技術(shù)的整車平臺,這是 XEV 的真正價值、技術(shù)核心所在,讓 3D 打印技術(shù)可以在整車量產(chǎn)過程中實現(xiàn)的關(guān)鍵點。

 

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EV公司“LSEV”純電動原型車

 

目前來看,通過3D打印技術(shù)降低生產(chǎn)線成本整合3D打印技術(shù)為核心的整車流水線實現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)指日可待。


輕量化


要實現(xiàn)輕量化,從宏觀上面可以通過采用輕質(zhì)材料,鋁合金、鎂合金、鈦合金、陶瓷、塑料、玻璃纖維、復(fù)合材料等來達到目的。

 

2018年福特新款Ranger皮卡的3D打印注塑抬升裝置、2017款Mustang敞篷車的3D打印車窗校準件、福特Escape SUV和Fusion轎車用3D打印配件抬升裝置獲得了塑料工程師協(xié)會頒發(fā)的汽車創(chuàng)新獎項,其中一個重要的原因就是3D打印車窗校準夾具則采用了有限差分法,其中35%的材質(zhì)為短碳纖維增強聚酰胺,其重量輕了30%。

 

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福特曾展示的汽車大型零部件3D打印機

 

其次,更重要的一點是通過3D打印技術(shù)從結(jié)構(gòu)設(shè)計的層面實現(xiàn)輕量化。使用3D打印技術(shù),發(fā)動機零部件實現(xiàn)集成化制造,減少零件數(shù)量裝配操作量,重量自然而然會減輕,以此帶來的便是有效載荷和更低的燃料消耗。這方面典型的案例是GE通過3D打印實現(xiàn)了噴油嘴結(jié)構(gòu)一體化,不僅改善了噴油嘴容易過熱和積碳的問題,還將噴油嘴的使用壽命提高了5倍, 并且還能提高LEAP發(fā)動機的性能。

 

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3D打印汽車零部件

 

3D打印應(yīng)用汽車輕量化獲政策支持。根據(jù)中國汽車工程學會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》,未來主要分三個階段實現(xiàn)汽車逐年減重

 

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