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Stratasys姚志堅:3D打印如何進(jìn)汽車行業(yè)?

3D打印汽車交通
2017
08/10
10:45
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Stratasys中國區(qū)汽車行業(yè)解決方案經(jīng)理姚志堅

很多人都會問,什么是3D打印?當(dāng)然我們并不代表所有的3D打印,我們使用了塑料和樹脂中比較好的技術(shù)。首先,我認(rèn)為它是一個工具,其次,我認(rèn)為3D打印使用中有非常多的知識,最后,我認(rèn)為3D打印其實(shí)是一個選擇。為什么這么說呢?傳統(tǒng)工業(yè)很發(fā)達(dá),3D打印又叫增材制造,市場全球一年可能在100億美金不到,傳統(tǒng)的制造業(yè)太大,我們只在一些情況下會采用3D打印。我今天講的3D打印都跟汽車有關(guān)。

我們公司是美國的納斯達(dá)克上市公司,在全球3D打印產(chǎn)業(yè)里營業(yè)額最高。我們怎么看3D打。繌乃氖褂梅较騺碇v有三點(diǎn):第一當(dāng)然是做原型。汽車行業(yè)非常多的更換模型,也非常多的平臺化,意味著有更多平臺化上的內(nèi)飾和外飾經(jīng)常改形,所以3D打印以前叫快速模型技術(shù)。當(dāng)然現(xiàn)在也有更多的公司不僅做模型,還會做工裝夾具、工裝檢具,3D打印比較適合做復(fù)雜形狀、數(shù)量比較少的產(chǎn)品,但是最后,我們來到了直接制造的階段,其實(shí)比較典型的有醫(yī)療里面的植入,還有航空塑料件、機(jī)翼上面的噴油嘴。汽車方面產(chǎn)品的數(shù)量大約幾十件,為了個性化。

現(xiàn)在3D打印用得比較好的在北美,除了一部分是用來做我們熟知的功能原型以外,也會來到一些最終的產(chǎn)品,工裝夾具、試生產(chǎn),這些都在中國跟比較多的主機(jī)廠還有一些比較著名的Tier1公司在合作,最近跟上海通用就在做原型以外其他功能的一些應(yīng)用。

這個可能是主機(jī)廠和Tier1非常關(guān)心的,就是怎么在快速的設(shè)計更改中,讓我的設(shè)計模型跟我的工裝快速體現(xiàn)?這不僅體現(xiàn)在3D打印,還有數(shù)據(jù)處理、工裝設(shè)計,我們能夠做的是,一旦你的模型確認(rèn)了,我盡快把它變成一個可以摸得到的樣件,變成可以測試、組裝的工裝方案。

比如大家看到的這個樣件,黑色的是軟的,還有白色和黃色的部分,模擬出風(fēng)口三個不同的硬度需求。整個樣件可以一次打印出來,不需要組裝,不需要開模。打印這個樣件可能不過十個小時。

再比如整體風(fēng)洞或者樣測的時候,不可避免要做一些大型的快速樣件。這個樣件一個星期就能做出來,傳統(tǒng)可能需要一個月左右或者一個半月的時間。

我們也會有一些功能測試樣件,一些路試車、模型車都也需要功能性,都有一定強(qiáng)度的要求,而且我們知道汽車行業(yè)正在使用更多的塑料、碳纖維,所以這個白色的PC都是我們汽車行業(yè)在用,可以把它直接打出來,不需要組裝,可以進(jìn)行路試或20輛左右車的功能性的測試。

包括一些門飾板,因?yàn)槭窍鄬Ρ容^大的部件。可以做金屬件的連接,進(jìn)入路試或者是公路性測試的階段。
還有工裝夾具,你需要確認(rèn)、安裝、讓它跟我的生產(chǎn)匹配。不僅設(shè)計出來,還要能夠跟生產(chǎn)對接,所以你們看到這幾個樣件可以10個小時打印出來,可以進(jìn)入測試或生產(chǎn)輔助確認(rèn)階段,快速的設(shè)計、快速的確認(rèn)、快速生產(chǎn)性的可行性的確定,都非常有意義。

我們的客戶歐寶,工廠里有好幾臺3D打印在不停作業(yè),主要是總裝車間里各種的工裝夾具。好處就是時間會縮短,重量會減輕。汽車行業(yè)把很多的鋼換成鋁,或者換成碳纖維、塑料,工裝夾具也是這個趨勢,不是全部,但有一些需要輕量化的部分可以這樣做。

這個案例是我們給歐洲OEM服務(wù)的工裝夾具供應(yīng)商,以前門安裝密封的工裝是鋁合金做的,大約是幾百磅,現(xiàn)在是幾十磅,它的操作時間很短,如果需要做幾十萬件,成本就能節(jié)約很多,非常有意義。

當(dāng)然除了小車,大車也一樣需要工裝,需要降低成本,需要測試直時接使用這個件,除了瑞典的沃爾沃,我們跟國內(nèi)的有些大卡車公司也在這樣做一樣的工作。

提到3D打印,我自己心目中有兩個公司,一個是福特,一個是寶馬。寶馬做了很多工作,福特最近也投了45億美金在新工廠和3D打印的應(yīng)用上。我們先看寶馬,寶馬這個中間是它的一個保險杠曲度的測量儀,貼標(biāo)機(jī)以前是鋁合金的,現(xiàn)在輕量化以后可能也就5、6兩,真的很輕。

寶馬的貼標(biāo)機(jī)像扶手一樣,這個是本田的貼標(biāo)機(jī)。為什么說3D打印是一個工具,同樣的3D打印,甚至同樣的材料,可是大家的設(shè)計是不一樣的。我覺得這個科技也許是“黑”的,因?yàn)?D打印只是一個工具。
如果我需要做一個樣件,需要模擬以前的金屬件,有什么材料可以貼近它,快速出現(xiàn)這個東西,所以你不用依賴別人,一臺3D打印機(jī)一天就可以做出來。

汽車行業(yè)少不了風(fēng)洞測試。汽車的風(fēng)洞測試都是保密的,我用飛機(jī)的比例來表達(dá),這大概是在3.3米,我們一般做1:2車的風(fēng)洞會再小一點(diǎn)。傳統(tǒng)用鋁合金比較多,以前也用木頭,現(xiàn)在用塑料來做風(fēng)洞比較多,因?yàn)槠嚞F(xiàn)在外表面很多是塑料的,好處就是比以前更快、更便宜。

這是大發(fā)公司,被豐田收購了。它用途不復(fù)雜,但是是個性化的步驟。它的保險杠的外側(cè)部分會用3D打印來做,提前選好后有個性化的東西在里面,有不同顏色和不同圖案可以選擇。全球有八個主機(jī)廠他們在做,其中一個主機(jī)廠在做內(nèi)飾。

在日本,它的成本比CNC便宜,時間比CNC快,在中國我相信比CNC快,但是不一定便宜。材料,以前用ABS,現(xiàn)在討論用更高性能的材料來做出風(fēng)口或者是GPS系統(tǒng)。

這個方案我相信大家以前也許沒怎么看過。模具有鋼模和鋁模,如果只有3000塊成本、一天時間,有可能做一個真實(shí)材料的注塑嗎?我們的材料是可以做到的。綠色部分是我們的軟模,白色是注塑件,可以在一天時間里用幾千塊成本打出幾十件你要測試的部分,這個也是歐美汽車行業(yè)我們非常受歡迎的產(chǎn)品,因?yàn)榉浅?,非常方便?/font>

當(dāng)然還有一些小小的功能,比如線束管理。

豐田Avalon項目,現(xiàn)在有一些項目時間越來越緊,你可以選取一些零件用3D打印來幫助開發(fā)。

這個黃色的展品,那不是無人機(jī),而是一個輕量化的3D打印塑料的抓手,跟鋁合金比它的重量能夠節(jié)約至少40%。另外一個案例,我們比鋁合金的機(jī)械手臂能輕90%。這對于一個高度頻率運(yùn)作的機(jī)械手,時間上非常有幫助,當(dāng)然不是這么簡單,需要一些理解,需要一些設(shè)計的更改。

這個碳纖維部件,并不是每一個公司會用到,賽車使用非常多,關(guān)鍵是怎么用3D打印工具實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜碳纖維包裹成型的制作。

我們現(xiàn)在也能不通過STL直接打印,如果大家不了解3D打印可能不是很熟悉,跟以前來比是有進(jìn)步的。

分享一下我們與汽車行業(yè)合作后可公開的信息。通用在北美有一個很大的3D打印中心,本田在北美也有一個非常大的3D打印實(shí)驗(yàn)室。GE在去年年底收購了兩個金屬品牌,所以它今年會做發(fā)動機(jī)噴油嘴的實(shí)際生產(chǎn),所以我相信3D打印的時代已經(jīng)到來了!黑不黑我就不知道了,但是我覺得還蠻好用的。

我們看一些輕量化的模型。大家很多是做無人駕駛、大數(shù)據(jù)、電動或者混合動力,毫無疑問,汽車輕量化也是一個火熱話題。怎么實(shí)現(xiàn)輕量化?我們在設(shè)計上可以提供一些幫助,比如拓?fù)鋬?yōu)化、來自內(nèi)飾的優(yōu)化。我們輕量化的邏輯用到了仿生,有邏輯的支撐結(jié)構(gòu),把材料用少,同時保證強(qiáng)度。

這個案例大約節(jié)約了30%的重量,玻璃從其他制造方面也可以減重,特別是個性化車輛。

這是我們公司最近的一個比較好的材料,它的塑料強(qiáng)度可以到鋁合金6061的強(qiáng)度,跟金屬是一樣的。無論航空還是汽車永遠(yuǎn)在講能不能更輕,或者能不能一樣結(jié)實(shí)或者更結(jié)實(shí)。

這是3D打印的一輛日本的車HUVO,2013年第一輛車,速度40公里/小時,2014年,速度60多公里/小時這個框架是我們幫著打的。前年時速更快一點(diǎn)了,可能在80幾公里。去年做了什么事情呢?他打了一個小巴,我們一直在做更大、更快的東西。

這是CES現(xiàn)場展出的一個車,你們看到它有金屬打印的部分,可以打底盤,但是框架是塑料打印的。最近有兩個技術(shù)用在輪胎制造,一個是打了特斯拉碳的輪胎,產(chǎn)生電能供給賽車。還有用金屬打印來做復(fù)雜的輪胎的紋路,因?yàn)樗恍枰_一樣的模具,可以用3D打印的方式做定制化輪胎的生產(chǎn)。所以3D打印剛剛開始,但是會有越來越多的產(chǎn)品落地。


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