中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心孟憲明：汽車(chē)領(lǐng)域增材制造應(yīng)用進(jìn)展及趨勢(shì)

2020年8月20日-21日，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)在安徽蕪湖市舉行，此次年會(huì)由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心、安徽省經(jīng)濟(jì)和信息化廳、蕪湖市人民政府指導(dǎo)，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦，繁昌縣人民政府協(xié)辦，南極熊作為支持媒體對(duì)本次會(huì)議進(jìn)行了直播。

△中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心首席專(zhuān)家的孟憲明先生

在“中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇”上，中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心首席專(zhuān)家的孟憲明先生發(fā)表主題演講，題目是《汽車(chē)領(lǐng)域增材制造應(yīng)用進(jìn)展及趨勢(shì)》，以下是本場(chǎng)演講的現(xiàn)場(chǎng)速記，經(jīng)大會(huì)組委會(huì)授權(quán)發(fā)布。
△視頻：孟憲明《汽車(chē)領(lǐng)域增材制造應(yīng)用進(jìn)展及趨勢(shì)》

孟憲明：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專(zhuān)家、各位行業(yè)同仁大家下午好，我是來(lái)自中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心的孟憲明，今天很榮幸受邀為大家?guī)?lái)一個(gè)汽車(chē)領(lǐng)域增材制造應(yīng)用進(jìn)展及趨勢(shì)的專(zhuān)題技術(shù)報(bào)告。

下面主要是基于汽車(chē)行業(yè)的內(nèi)容給大家作一個(gè)普及和簡(jiǎn)短的匯報(bào)。大概分為以下幾個(gè)方面：第一個(gè)方面增材制造數(shù)字化制造概述。

汽車(chē)行業(yè)的車(chē)身領(lǐng)域經(jīng)歷過(guò)不同的發(fā)展歷程，比如車(chē)身在最原始是全鋼車(chē)身一直到現(xiàn)在的寶馬、奔馳以及日本企業(yè)也開(kāi)發(fā)了一些多材料混合，比如鋼鐵車(chē)身。隨著車(chē)身進(jìn)一步發(fā)展，我們?cè)谲?chē)身設(shè)計(jì)領(lǐng)域更加體現(xiàn)一句話就是將合適的材料應(yīng)用在合適的位置，用合適的工藝實(shí)現(xiàn)它的設(shè)計(jì)性能，合適的工藝就會(huì)體現(xiàn)到多種工藝，包括傳統(tǒng)也包括現(xiàn)有的新型工藝其實(shí)就有增材制造領(lǐng)域，以及核心部件，后面我會(huì)有汽車(chē)行業(yè)的案例和大家分享。

在汽車(chē)行業(yè)追求四化有一個(gè)是追求輕量化，在輕量化有幾種路徑包括先進(jìn)材料的應(yīng)用、先進(jìn)工藝以及先進(jìn)設(shè)計(jì)方案，在輕量化的技術(shù)發(fā)展圖譜上都是把材料用高強(qiáng)化、高韌化以及高強(qiáng)復(fù)合材料以及新金屬的應(yīng)用。這就涉及到怎么把材料用到合適的零部件，用什么工藝去解決？包括3D打印工藝，特殊的結(jié)構(gòu)常規(guī)工藝是實(shí)現(xiàn)不了的，這就會(huì)為增材制造的領(lǐng)域帶來(lái)很大的發(fā)展空間。

從設(shè)計(jì)工藝和材料匹配集成的角度，汽車(chē)行業(yè)分四大塊：第一個(gè)是材料，我們?cè)趺慈ミx材？第二個(gè)是材料采用什么工藝制備出來(lái)？第三個(gè)是前期采用什么設(shè)計(jì)方法？設(shè)計(jì)方法最終體現(xiàn)的汽車(chē)作為民用產(chǎn)品涉及多方面的性能比如安全性能、疲勞耐受性能等性能，這些性能的約束使得我們對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)越來(lái)越苛刻，也越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性，包括拓?fù)鋬?yōu)化的方法就出來(lái)了，以及新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法就出來(lái)了，這個(gè)時(shí)候要選擇合適的材料實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的方式核心就是工藝方法。工藝方法在過(guò)去的傳統(tǒng)工業(yè)來(lái)講，主要鋼制車(chē)身可能就是沖壓、焊接、涂裝以及總裝四大基本工藝，但是在新材料、新工藝開(kāi)始越來(lái)越進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域，不同的創(chuàng)新零部件就出來(lái)了，比如我們現(xiàn)在應(yīng)用一些碳纖維，現(xiàn)在應(yīng)用的一些樹(shù)脂材料，它可能會(huì)有3D打印技術(shù)，以及先進(jìn)的RTM、CTM技術(shù)，這種技術(shù)帶來(lái)的是工藝的革新，比如研制方式就發(fā)生徹底的改變，多材料車(chē)身焊接占有一部分比例，這個(gè)時(shí)候也是工藝帶來(lái)汽車(chē)工藝的變化。在發(fā)展過(guò)程中，也為新的技術(shù)、新的工藝帶來(lái)很多機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。

在輕量化整車(chē)開(kāi)發(fā)技術(shù)中往往會(huì)用到一個(gè)技術(shù)手段就是拓?fù)鋬?yōu)化，商飛的老總也說(shuō)的在航空航天也用過(guò)這樣的技術(shù)，我們要尋找最佳的路徑，讓這樣的路徑能夠?qū)崿F(xiàn)多性能的約束，使得零部件能夠更好地裝在汽車(chē)上。這個(gè)時(shí)候就有不同的部件形狀，比如第五幅圖展示的可能是很多連接方式在車(chē)橋上會(huì)有這樣的部件，這樣的部件怎么制作？現(xiàn)有的工藝可能是沖壓、擠壓，比如我們遇到這些細(xì)微的結(jié)構(gòu)和不均的結(jié)構(gòu)時(shí)傳統(tǒng)工藝可能會(huì)受到挑戰(zhàn)，這個(gè)時(shí)候用增材制造技術(shù)或者數(shù)字制造技術(shù)，我采用增材制造的方法進(jìn)行平面制造，把這一平面進(jìn)行提升，這就是體現(xiàn)增材制造的工藝獨(dú)有特性和特點(diǎn)。

比如我現(xiàn)在展示的方式針對(duì)于工況拓?fù)鋬?yōu)化汽車(chē)的骨架結(jié)構(gòu)，在A柱上有傳力結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)上用斷面，把這個(gè)斷面設(shè)計(jì)成比較好的理想閉環(huán)，采用不同的高鋼或者高還的材料實(shí)現(xiàn)斷面的結(jié)構(gòu)，使得A柱能夠有很牢的強(qiáng)度，在碰撞過(guò)程中不容易折彎。國(guó)外很多采用這種結(jié)構(gòu)之后用了一種叫三維編織技術(shù)其實(shí)也是廣義的3D打印技術(shù)，它把碳纖維用編制方法集成進(jìn)來(lái)，這樣車(chē)體可以做得很輕，而且對(duì)于部件的定制化來(lái)講有很大的優(yōu)勢(shì)。

五個(gè)方面說(shuō)一下為什么數(shù)字化適合我們行業(yè)發(fā)展的流程圖。因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候先有概念設(shè)計(jì)階段，再有工程開(kāi)發(fā)階段等等。剛才左處長(zhǎng)提到把智能制造，把數(shù)字化的制造怎么能和增材制造工業(yè)結(jié)合在一起，其實(shí)在汽車(chē)行業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)講可以做無(wú)縫結(jié)合，因?yàn)楸旧碛玫骄褪菙?shù)字化的工具，我們的性能驗(yàn)證在前期樣車(chē)出來(lái)之前用到的是虛擬作汽車(chē)的鋼度、強(qiáng)度，這個(gè)時(shí)候就可以把數(shù)據(jù)切入進(jìn)來(lái)，包括我們的一些樣車(chē)部件的制造，我們可以先把樣車(chē)制造出來(lái)驗(yàn)證它的性能是否能夠達(dá)到我們需要的性能。

在增材制造這一塊，我分為兩大塊：一塊是和研發(fā)密切相關(guān)的，另一塊就是直接制造模具。研發(fā)制造可能分為幾類(lèi)：比如對(duì)一個(gè)部件技術(shù)系數(shù)，這個(gè)時(shí)候快速用3D打印的方式，優(yōu)化造型車(chē)的特點(diǎn)。另外在有些零部件上在沒(méi)有形成開(kāi)模具之前基于圖紙作一個(gè)快速制造，用一些試驗(yàn)方法評(píng)估這個(gè)零部件能不能達(dá)到我的性能約束條件，達(dá)到整車(chē)開(kāi)發(fā)的要求，這都是為我們汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展以及快速驗(yàn)證提供了很大的手段。后面是直接制造，現(xiàn)在新能源車(chē)很多時(shí)候是個(gè)性化的，特別是90后和95后這代人追求的是和別人不一樣的有差異感的商品，這個(gè)時(shí)候增材制造在外造型上的設(shè)計(jì)，在快速開(kāi)發(fā)上有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)都是為大批量生產(chǎn)所服務(wù)的，這個(gè)時(shí)候它的優(yōu)勢(shì)也會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。

第二部分簡(jiǎn)單介紹增材制造在國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)中的應(yīng)用。第一部分是計(jì)算機(jī)輔助三維檢測(cè)，另外一方面我們快速成型，包括發(fā)動(dòng)機(jī)，包括引擎蓋等等，以及方向盤(pán)和安全帶卷收器等等。

第三個(gè)部分也是說(shuō)一下增材制造在國(guó)外汽車(chē)行業(yè)中的應(yīng)用。他們的應(yīng)用案例比我們略多。這個(gè)是賓利的3D打印從輪胎到內(nèi)飾件集成起來(lái)做一些迭代。寶馬用的是FDM技術(shù)打印工裝夾具以及方向盤(pán)，傳統(tǒng)材料沒(méi)有辦法和它媲美的性能比如它的質(zhì)量非常輕、非常耐用。另外一部分AMP使用3D打印技術(shù)作各種各樣的配件，比如給悍馬做的油箱蓋。另外也做一些定制化的產(chǎn)品比如汽車(chē)的離合器還有驗(yàn)證階段的試制產(chǎn)品。還有摩托車(chē)企業(yè)在定制化過(guò)程中包括PPP新材料做開(kāi)發(fā)。以及汽車(chē)濾油器用在引擎上的PPSF材料，耐高溫性以及強(qiáng)度都比較好。豐田將3D打印技術(shù)用于賽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上。我們?cè)趪?guó)外的一些先進(jìn)車(chē)展上也會(huì)有概念車(chē)型，用3D打印相關(guān)技術(shù)制造汽車(chē)，包括一些輕金屬。

另外就是增材制造在汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，這也是我自己的一點(diǎn)不成熟的看法。

第一個(gè)方面就是我們?cè)谄?chē)零部件個(gè)性化定制和維修經(jīng)濟(jì)上，部件有一些損害或者部件的更新上有部分是需要定制化的，定制化相對(duì)整車(chē)企業(yè)的批量化生產(chǎn)來(lái)講它可能不能滿足定制化需求，這個(gè)時(shí)候在做定制化后市場(chǎng)維護(hù)，以及做車(chē)型造型的改良時(shí)，3D打印技術(shù)快速和打印出來(lái)形狀的獨(dú)特性，以及各種材料的性能和價(jià)格的匹配性都可以進(jìn)入到這個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域，因?yàn)檫@個(gè)市場(chǎng)相對(duì)體量比較大，它在整個(gè)汽車(chē)行業(yè)中也是很重要的關(guān)鍵后市場(chǎng)方向。

另外一個(gè)部分是2018年8月，一家意大利的著名電動(dòng)車(chē)制造商就和3D打印Polymaker公司合作，打印了定制化汽車(chē)，包括智能化和網(wǎng)聯(lián)化方面它的底盤(pán)是一體化的，但是車(chē)身是可以做到差異化，底盤(pán)可能共用一個(gè)底盤(pán)線，上午可能是一個(gè)公交車(chē)小巴士，下午很可能是一個(gè)物流車(chē)，整個(gè)車(chē)箱箱體是可以變化的，那定制化服務(wù)是完全可以用增材制造的方法去實(shí)現(xiàn)，這也是我覺(jué)得未來(lái)網(wǎng)聯(lián)化的趨勢(shì)，它不是針對(duì)某一臺(tái)車(chē)，很可能是基于共享化和網(wǎng)聯(lián)化的產(chǎn)品點(diǎn)。

最后一個(gè)方面是介紹中汽中心工程院在增材制造應(yīng)用案例。

我們利用3D打印機(jī)做一些柔性、大型車(chē)的快速成形的模型，可以做到快速增長(zhǎng)、快速制造、快速驗(yàn)證，我們也在一些核心部件上進(jìn)行了一些嘗試，包括新型的高性能用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)性能提升。

以上是我對(duì)在汽車(chē)行業(yè)案例的簡(jiǎn)單介紹，我感覺(jué)增材制造領(lǐng)域是很寬的，而且汽車(chē)領(lǐng)域也非常大，在汽車(chē)行業(yè)特別是高精尖的更加細(xì)致化開(kāi)發(fā)、定制化開(kāi)發(fā)時(shí)，增材制造的技術(shù)方向和我們的發(fā)展理念是非常契合的，所以增材制造的技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用，在未來(lái)大有可為。

以上是我的簡(jiǎn)短報(bào)告，非常感謝大家，謝謝！