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3D打印技术将给汽车制造行业带来怎样的改变?

随着3D打印技术的不断成熟以及材料应用科学的突破,3D打印的塑料和金属零部件逐步应用到汽车生产中。

3分钟带你了解3D打印如何玩转汽车行业

另一方面,3D打印的原理使得其在复杂结构零件的制作中拥有独特的优势,同时使用钛合金等材料经一体成型打印生产出来的汽车 配件 可以有效实现汽车轻量化的要求。因而,无论是车厂、零部件厂商还是售后服务供应商,该技术的应用已在汽车行业掀起一轮新的制造技术革新。

3D打印在汽车中的应用技术有哪些? 目前,汽车行业已采用了多种3D打印技术,包括:电子束熔融(EBM)、熔融沉积造型(FDM)、分层实体制造(LOM)、三维打印、立体光刻造型、选择性激光烧结(SLS),旨在打造低成本、个性化的车辆。

许多汽车及零部件厂商还采用了数码技术,用于车辆的原型制作、测试及各类工具、机床夹具、固定装置及零部件的生产制作。对汽车及零部件厂商而言,尽管3D打印技术尚处于初创期,但3D打印技术及其设备将助推汽车行数字化制造变革,其作用无疑是至关重要的。

我们了解到,福特、BMW、GM、大众、丰田、Tesla、法拉利、兰博基尼、保时捷等汽车巨头均有应用3D打印技术在自己汽车的研发制造中,大型汽车厂商的加入掀起3D打印技术在汽车行业的潮流。

汽车制造领域,3D打印有何优势?

相对于传统汽车生产方式,3D打印汽车在以下三个方面优势明显:

1、3D打印拥有更快的速度、更低的零部件成本,更高的机密性;

2、多样的材料选择,不同的机械性能以及精准的功能性原型制作,让制造商在前期可以随时修正错误并完善设计,使得错误成本最小化;

3、在最终使用部件制造中,3D打印技术可让原始设备制造商和零件制造商的部件的生产不出现延迟,并可为汽车制造商定制生产持久耐用的最终使用产品。

3D打印在汽车行业的应用贯穿整个生命周期 3D打印在汽车领域最开始的应用主要集中在研发阶段的造型评审和设计验证,随着3D打印技术不断发展、汽车及零部件厂商对3D打印技术认知度提高以及汽车行业自身发展需求,3D打印技术在汽车行业的应用向功能性原型和功能零部件扩展。

3D打印在汽车领域的应用实例(图片来源:南极熊) 研发环节:集中于试验模型、功能性原型制造

汽车研发环节一般包括五个阶段:方案策划、概念设计、工程设计、样车试验以及投产启动。3D打印技术因其独有的优势,在研发环节的应用较多,在概念设计、工程设计、样车试验以及投产启动均有应用,体现为3D打印试验模型、功能性原型等形式。

案例 本田使用3D打印进行汽车附件开发

2006年,本田集团引入3D打印技术作为试验项目,设计人员开始探索将3D打印技术用于汽车部件和汽车配件的可能性。本田采购了Stratasys 公司 的Objet Eden5000V型3D打印机,帮助其在各标准车型配置的基础上研发具有地方特色的汽车附件。据悉,每辆车最多可以有300个这样的附件,包括车身内外饰件、镜子、车轮、旋钮等。

在采用3D打印技术之前,本田集团使用数控机床来制作配件原型,必须有操作员在机床刀具巨大的噪音下全程进行监管,从而确保生产安全。外包项目经常由于与代工方沟通效率低下,而不断出现延期,导致产品无法如期上市。而3D打印技术的引进使得这些问题得以解决。设计人员可以在设计时实时检查物体的相关形态并迅速做出设计调整,在确保原型产品设计质量的同时,大大缩短了产品设计和原型开发所需的时间,提高研发效率。

生产环节:集中于定制化/小批量/对成本不敏感的高端跑车、赛车

与研发环节相比,生产环节对零部件机械性能、光洁度等要求更为严格,因此对3D打印技术水平的要求高,对应的成本也高。3D打印技术在该环节的应用主要集中于定制化、小批量、对成本相对不敏感的高端跑车、赛车上。

案例 兰博基尼3D打印制造零部件

2007年,兰博基尼购入一台Stratasys Dimension 1200es 3D打印机应用于产品的开发环节。2010年,公司又相继购入Stratasys的Fortus 360mc和Fortus 400mc制造系统,用于构建更大尺寸的零部件。

3D打印技术不仅为兰博基尼的设计团队提供了无限自由的设计空间,也为制造团队快速制造出高品质的零部件提供了帮助。在零部件制造前,兰博基尼的团队会使用Stratasys公司的设备设计模型和原型,用以调整、测试和验证零件和设计的开发、选择生产材料。除了在研发阶段应用3D打印技术外,兰博基尼还应用其直接生产部分零部件,包括保险杠节、方向盘、内外饰件、通气栅、车门面板、座套、空气加热器等,多为外观件。

使用环节:高端车/进口车售后维修

汽车使用环节面对的是整个汽车后市场,包括汽车金融、二手车、汽车售后服务(售后维修)、改装车等细分市场。其中,3D打印技术可应用于售后维修、改装车领域。高端车、进口车传统方式维修,周期长,相对成本高。3D打印技术按需直接打印的特点可以弥补这一缺点,同时成本较传统方式低。因此,高端车、进口车的售后维修是目前3D打印在汽车使用环节一个主要的应用点。

案例 3D打印“修复”保时捷Carrera气缸盖

Carrera系列是当今保时捷车系当中历史最悠久的车型,也是一直延续后置发动机的车型。自从第一辆911问世以来,Carrera已经历了40多年的历史。Carrera系列很多车型已经停产,很多零部件已不再提供。因此,对于拥有这样一款停产车型的客户来说,如果某部件坏了,只能重新定制。在这种情况下,3D打印技术相对来说是最适合的方法。在其气缸盖损坏需要更换时,使用3D打印生产的步骤是:1.对原损坏的气缸盖进行测量、扫描,完成几何重建;2.3D打印型芯;3.气缸盖成型并后处理,得到最终零件。

可以预见的是,未来3D打印将会越来越多地应用于汽车制造领域,随着应用的普及以及参与竞争的3D打印技术供应商的增多,其使用成本也会随之下降,形成一个良性循环。

这台设备售价超1亿美元,中国出100亿也买不到。


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