3D打印促進(jìn)汽車行業(yè)加速“變身”

2017年6月23日，《變形金剛5：最后的騎士》正式登陸全國各個(gè)大院線。雖然該部影片的口碑不盡如人意，但其巨大的影響力仍不容小覷。從20世紀(jì)80年代風(fēng)靡的動(dòng)畫版《變形金剛》到如今的《變形金剛》系列科幻巨作，“汽車人”已成功激發(fā)了三代人對于未來汽車的想象。

值得欣慰的是，想象未曾停歇，科學(xué)創(chuàng)新亦沒有止步。尤其是近年來，我國居民消費(fèi)能力不斷提升，汽車產(chǎn)銷量也逐年上漲，汽車生產(chǎn)制造行業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。整個(gè)汽車行業(yè)的生產(chǎn)制造流程不斷優(yōu)化，外觀設(shè)計(jì)及整體性能都在不斷提升。而3D打印技術(shù)的采用，更是為現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)模式的建立提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

例如奧迪利用Stratasys的J750 3D打印機(jī)進(jìn)行尾燈原型設(shè)計(jì)，加速驗(yàn)證過程，將原型制造時(shí)間縮短了50%。較之傳統(tǒng)制造模式下的“減材制造技術(shù)”，3D打印的優(yōu)勢在于其無需機(jī)械加工或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。

今天，小編為大家精選了幾則3D打印在汽車行業(yè)中的應(yīng)用案例，快來看一下吧！

案例一：Solaxis利用Stratasys 3D打印機(jī)大顯身手
Solaxis是北美地區(qū)一家專業(yè)的汽車配件供應(yīng)商，采用3D打印技術(shù)制作汽車裝配夾具，減輕了重量并提高了精度，可謂一舉兩得。

輕松組裝
汽車裝配零部件的傳統(tǒng)夾具往往存在兩大缺點(diǎn)：難以維護(hù)；金屬材質(zhì)，重達(dá)150磅，不易挪動(dòng)。然而，正如Solaxis Ingenious Manufacturing的工程師們所示，夾具其實(shí)完全可以擺脫這些缺點(diǎn)。

借助Stratasys Fortus 3D打印機(jī)系列，Solaxis為汽車供應(yīng)商設(shè)計(jì)并制造了一款?yuàn)A具，用于組裝大批量塑料門封條。在對該夾具研發(fā)了數(shù)次迭代之后，Solaxis不僅能夠生產(chǎn)出較傳統(tǒng)夾具輕100磅以上的3D打印夾具，而且設(shè)計(jì)和制造時(shí)間還比傳統(tǒng)工藝縮短了至少三分之二。

隨需迭代
Solaxis設(shè)計(jì)工程師對門封條裝配夾具進(jìn)行不斷優(yōu)化，過去的幾年里至少產(chǎn)生了十幾次迭代。對其汽車客戶而言，通過CAD軟件快速完成設(shè)計(jì)并利用Fortus 3D打印機(jī)系列進(jìn)行快速打印的制造模式非常新穎。

Francois Guilbault補(bǔ)充道：“我們可以對設(shè)計(jì)進(jìn)行自由修改，而無需再回過頭來對客戶說‘模具必須重新制作’�！�

這種敏捷性增加了設(shè)計(jì)靈活度，使Solaxis工程師能夠集多種微小調(diào)整于一身，包括按鈕與手柄的布局、滑槽的添加以及其他符合人體工程學(xué)的改進(jìn)。這也使Solaxis能夠?qū)ΜF(xiàn)有內(nèi)部硬件進(jìn)行集成，倘若交換機(jī)或線路斷開，客戶則可以快速更換，因此，設(shè)計(jì)中的部件數(shù)量得以大幅減少。

Guilbault表示，工程師可以在8~20個(gè)小時(shí)內(nèi)完成CAD迭代，具體時(shí)間取決于部件的復(fù)雜程度。Solaxis能夠與其客戶的工程師共享文件，進(jìn)而快速確認(rèn)設(shè)計(jì)并在數(shù)日內(nèi)生產(chǎn)出新夾具。與利用數(shù)控機(jī)床所生產(chǎn)的夾具不同，F(xiàn)ortus 3D打印機(jī)可在任何時(shí)間段均可進(jìn)行生產(chǎn)，整個(gè)生產(chǎn)過程無需人工監(jiān)督。

對客戶而言，產(chǎn)生的效益非常明顯。Guilbault表示：“我們成功地將整個(gè)設(shè)計(jì)與制造周期從傳統(tǒng)制造模式下的16~20周壓縮至3~5周�！�


高效率，低成本
Solaxis夾具的尺寸是34英寸x 22英寸，重量僅為28磅，足夠輕便，任何人都能挪動(dòng)。如今，每個(gè)操作員都希望其工作臺(tái)上配備了這樣的夾具。

另外，通過使用Solaxis夾具，工人每個(gè)周期可平均節(jié)省4秒的時(shí)間。一般而言，組裝密封條的員工每年可進(jìn)行250,000個(gè)周期，因此，供應(yīng)商節(jié)省了數(shù)百小時(shí)的勞動(dòng)時(shí)間。

Guilbault表示：“單憑周期的時(shí)間增益就足以證明3D打印夾具的價(jià)值所在。所以，他們的投資回報(bào)率在短短12個(gè)月內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了。”


合規(guī)性驗(yàn)證
在與Solaxis合作之前，客戶經(jīng)常遇到合規(guī)性問題。交付給原始設(shè)備制造商（OEM）的夾具經(jīng)常被退回，不僅檢修時(shí)間冗長，而且檢修成本高昂。

Stratasys 3D打印技術(shù)使Solaxis能夠不斷地改進(jìn)夾具，節(jié)省了客戶的生產(chǎn)時(shí)間與成本。反過來，汽車供應(yīng)商也大大提高了向其OEM客戶提供門密封條的可靠性。過去兩年內(nèi)，未出現(xiàn)任何合規(guī)性問題，這也就意味著Solaxis的獲利也大幅提升。

案例二： 美國專業(yè)賽車隊(duì)Team Penske攜手Stratasys將3D打印引入賽車界
Stratasys通過其3D打印技術(shù)為Team Penske制造工具、賽車零件和工程原型，并提供有關(guān)定制化賽車運(yùn)動(dòng)應(yīng)用和材料工程方面的技術(shù)支持。

付出就會(huì)有回報(bào)
在賽車界，Team Penske是勝利的代名詞，其傳奇歷程源自于創(chuàng)始人Roger Penske的卓越領(lǐng)導(dǎo)力與眾成員對于勝利的不懈追求。迄今為止，該車隊(duì)贏得了440多場主要賽事的勝利和500次桿位（首發(fā)），并在29場國家錦標(biāo)賽（其中涵蓋開輪式、汽車和賽車項(xiàng)目）中獲得了優(yōu)異成績，這更是凸顯了其追求卓越的高貴品質(zhì)。但對于Team Penske而言，要立于不敗之地，就必須不斷地打破現(xiàn)狀，挑戰(zhàn)未來，而技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基石。

走在科技最前沿
Team Penske總裁Tim Cindric表示：“在當(dāng)今的比賽中，技術(shù)扮演著重要角色。” Cindric認(rèn)為，賽道不是技術(shù)的發(fā)源地，而是技術(shù)的展示臺(tái)。Team Penske已經(jīng)完全采用的一項(xiàng)技術(shù)就是“增材制造”技術(shù)。而Stratasys 3D打印解決方案加速了Team Penske將創(chuàng)意向現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)化。

Cindric補(bǔ)充道：“這項(xiàng)技術(shù)使我們得以用最少的時(shí)間來產(chǎn)生創(chuàng)意，并以最可靠且最有效的方式將它實(shí)現(xiàn)。它賦予了我們更多創(chuàng)意上的可能性。”這一點(diǎn)完全能夠理解，因?yàn)閷τ赥eam Penske而言，增材制造解決方案涵蓋了很多領(lǐng)域。

Team Penske生產(chǎn)經(jīng)理Matt Gimbel表示：“我們于21世紀(jì)初首次開始使用3D打印，當(dāng)時(shí)主要用它來支持風(fēng)洞模型項(xiàng)目。之后，就將它用于制作治具和夾具，以及我們復(fù)合材料部門的沖刷模具和賽車零部件等。”

增材制造最大的一個(gè)價(jià)值，就是能夠通過打印和調(diào)整設(shè)計(jì)的方法來快速驗(yàn)證創(chuàng)意的可行性。Team Penske復(fù)合材料工程師Andrew Miller表示：“我們正在盡可能快地實(shí)現(xiàn)汽車升級。3D打印組件使我們可以快速進(jìn)行多次迭代，并且節(jié)省了大量時(shí)間。”

Matt Gimbel補(bǔ)充道：“如果我們不能加快實(shí)現(xiàn)進(jìn)度，那么就有可能輸給其他車隊(duì)。3D打印使我們能夠?qū)⑦@些創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為那些可能無法用其他任何制造方法生產(chǎn)的零件。”

除了速度以外，F(xiàn)DM®和PolyJet™附加解決方案均還提供了所需的精確度及可靠性。Andrew Miller表示：“生產(chǎn)組件時(shí)，我們對這些設(shè)計(jì)及其將實(shí)現(xiàn)的功能充滿信心，這也使得我們能夠更快地將其落實(shí)到比賽現(xiàn)場。”

從工裝到生產(chǎn)零件
IndyCar燃料探頭手柄的重新設(shè)計(jì)就是一個(gè)很好的例子。這種探頭手柄以前都由鋁制的，非常笨重，不易使用，而且外形方面不具吸引力。Team Penske構(gòu)思了一種更輕巧、更符合人體工程學(xué)的流線型設(shè)計(jì)。然而，距離Indy500大賽只剩幾天的時(shí)間，根本不可能通過采用傳統(tǒng)制造方法來實(shí)現(xiàn)。相反，依靠3D打印的組合模具和自犧牲模板，再加上Stratasys的通力合作，Team Penske及時(shí)為比賽產(chǎn)生出了六個(gè)全新的探頭手柄。Miller表示：“我們所有組件的生產(chǎn)都沒有出現(xiàn)任何故障或任何問題，這對我們的制造過程來說是一項(xiàng)重大壯舉�！�

考慮到3D打印的使用范圍，精準(zhǔn)定位其最大價(jià)值對Team Penske而言極具挑戰(zhàn)性。Matt Gimbel認(rèn)為，3D打印的最大價(jià)值在于能夠使用由3D打印機(jī)直接為其賽車制作零件，他以一種為駕駛員提供新鮮空氣的一氧化碳過濾器的開發(fā)為例：“新設(shè)計(jì)最初是打算由碳纖維來制造的，但我們把這些部件打印出來并做了測試之后才意識到，那不僅是一個(gè)偉大的設(shè)計(jì)，而且零件制造的材料非常好，完全適用于賽車�！�

盡管增材制造對Team Penske而言不算什么新技術(shù)，但Gimbel認(rèn)為他們只不過才觸碰到了3D打印的冰山一角。Gimbel 說：“未來，3D打印在賽車行業(yè)里還有很長的一段路要走，而且它適用范圍極廣。我認(rèn)為，目前還沒有人能夠真正知曉3D打印的全部潛力。

最后，Tim Cindric總結(jié)道：“通常情況下，我們的所有競爭對手最終都會(huì)在相同的時(shí)間點(diǎn)采取相同的解決方案。但我們需要采取下一代解決方案，而Stratasys幫助我們更快地找到了下一代解決方案�！�

尼龍12碳纖維顯神威
在賽車快速迭代與最終零部件制造中，Team Penske采用的Stratasys 3D打印技術(shù)就包括尼龍12碳纖維材料3D打印，在制造IndyCar 和 NASCAR兩款賽車時(shí)都應(yīng)用了Stratasys的尼龍12碳纖維材料3D打印技術(shù)。

Team Penske為其NASCAR賽車制造了尼龍12碳纖維3D打印后視鏡外殼。該外殼不僅具有高抗沖擊性和高剛度，并且重量輕盈。這種碳纖維增強(qiáng)尼龍材料的剛度在制造薄壁零部件時(shí)有著特有優(yōu)勢，用它們制造的零部件在空氣動(dòng)力載荷下不會(huì)彎曲變形。


來源：Stratasys3D打印觀察