一輛車(chē)有3萬(wàn)個(gè)零件，未來(lái)可能會(huì)有100個(gè)3D打印的嗎？通用汽車(chē)力推增材制造

導(dǎo)讀：據(jù)Wohlers報(bào)告，在全球范圍來(lái)說(shuō)，汽車(chē)已經(jīng)成為3D打印技術(shù)最大的行業(yè)應(yīng)用。而一輛車(chē)有近3萬(wàn)個(gè)零件，未來(lái)可能會(huì)有100個(gè)甚至1000個(gè)是3D打印的嗎？
△一名工人在通用汽車(chē)的沃倫技術(shù)中心（底特律地區(qū)研發(fā)園區(qū)），操作處理3D打印零件

南極熊獲悉，2020年12月14日，美國(guó)汽車(chē)制造商通用汽車(chē)宣布，在美國(guó)底特律市郊的沃倫技術(shù)中心（Warren Tech Center）新開(kāi)了一個(gè)車(chē)間，部署了24臺(tái)3D打印機(jī)，推動(dòng)3D打印技術(shù)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展。截至現(xiàn)在，通用汽車(chē)在沃倫的技術(shù)中心共有75臺(tái)工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)，每年打印約30,000個(gè)原型零件。

通用的“增材工業(yè)化中心（Additive Industrialization Center ，AIC）”的發(fā)展目標(biāo)是將3D打印產(chǎn)業(yè)化，生產(chǎn)更多的產(chǎn)品和汽車(chē)零部件，徹底改變汽車(chē)的制造工藝、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間、降低成本、以及提升品質(zhì)。通用汽車(chē)轉(zhuǎn)型的核心，在于變成一個(gè)更加敏捷、創(chuàng)新的公司，而3D打印將在這一使命中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

通用汽車(chē)已經(jīng)將3D打印用于汽車(chē)原型已有30年了，但是現(xiàn)在它已應(yīng)用在生產(chǎn)車(chē)輛和制造工廠的工具中。過(guò)去幾年，通用汽車(chē)在“增材工業(yè)化中心”建設(shè)上投入大量資源。盡管新冠病毒大流行，2020年通用汽車(chē)還是建立了15,000平方英尺的增材工業(yè)化中心。新部署了24臺(tái)3D打印機(jī)已具備生產(chǎn)能力，支持通過(guò)激光燒結(jié)、熔融沉積、多射流熔融等技術(shù)，將聚合物和金屬原材料，3D打印成汽車(chē)零部件。

△3D打印的暖通空調(diào)管道和線束支架

通用汽車(chē)表示，AIC現(xiàn)在生產(chǎn)的許多零件都是用于試生產(chǎn)汽車(chē)的功能性原型。 那些功能強(qiáng)大的3D打印原型可以降低工具成本，并使工程師能夠快速進(jìn)行設(shè)計(jì)更改并減少開(kāi)發(fā)時(shí)間。通用汽車(chē)越來(lái)越多地利用3D打印的好處，從原型開(kāi)發(fā)到制造工具和生產(chǎn)工具。隨著AIC的開(kāi)放，他們將繼續(xù)加速在整個(gè)組織中采用這項(xiàng)技術(shù)。

團(tuán)隊(duì)3D打印了用于開(kāi)發(fā)2020 Chevrolet Corvette的制動(dòng)冷卻管，節(jié)省了九周的開(kāi)發(fā)時(shí)間，并將成本降低了60％以上。

通用介紹，利用3D打印技術(shù)加工而成的汽車(chē)零配件具有傳統(tǒng)工藝所不能比擬的優(yōu)勢(shì)。例如，使用傳統(tǒng)加工工藝制作一個(gè)零配件，其生產(chǎn)時(shí)間動(dòng)輒需要數(shù)周乃至數(shù)月，但利用3D打印技術(shù)僅需一天就可以完成定制環(huán)節(jié)，還能節(jié)省下大量能源成本及工具成本。




△雪佛蘭 Corvette C8.R 賽車(chē)上的鋁制油箱和進(jìn)氣組件原本需要8個(gè)單獨(dú)的組件，但利用3D打印技術(shù)，8個(gè)組件實(shí)現(xiàn)一體成型，并消除了14條焊縫，整體重量也減輕了40%。

△它所采用的生成式設(shè)計(jì) 是一種設(shè)計(jì)探索技術(shù)，使用基于AI的算法來(lái)根據(jù)實(shí)際因素制造約束和產(chǎn)品性能要求（例如強(qiáng)度、重量、材料等）同時(shí)生成多個(gè)有效解決方案。工程師可以以比以往任何時(shí)候都更快的速度探索和選擇更多可用于制造的設(shè)計(jì)方案。他們擺脫了重復(fù)的設(shè)計(jì)任務(wù)，因此可以專(zhuān)注于更高價(jià)值的決策，例如最大限度地提高零件性能

目前，通用汽車(chē)將3D打印零件的使用一般只在產(chǎn)量比較少的車(chē)型上，這是最具成本效益的地方。 但是隨著技術(shù)的發(fā)展，在雪佛蘭Silverado皮卡之類(lèi)的大產(chǎn)量車(chē)輛上可能會(huì)有使用空間。

除了汽車(chē)，通用汽車(chē)還生產(chǎn)許多3D打印工具，用于組裝汽車(chē)。 通用汽車(chē)可以將零件的組件整合到一個(gè)優(yōu)化的設(shè)計(jì)中，3D打印的工具更輕巧、更簡(jiǎn)單。此外通用汽車(chē)還在德克薩斯州的阿靈頓裝配廠部署了 3D 打印機(jī)，輔以將近 100 款手動(dòng)工具，為雪佛蘭 Tahoe、GMC Yukon、凱迪拉克 Escalade 等全尺寸SUV 的制造提供了支持。

凱迪拉克CT4-V/CT5-V Blackwing用上終端3D打印零件
2020年12月，凱迪拉克官方曝光了CT4-V和CT5-V Blackwing車(chē)型的手動(dòng)擋桿圖片，新車(chē)上將使用3D生產(chǎn)的零件。CT4-V和CT5-V Blackwing將是通用集團(tuán)首批包含功能性3D打印組件的量產(chǎn)車(chē)。擋桿上的獨(dú)特紀(jì)念章即為3D打印制造。


V系列Blackwing車(chē)型將成為通用汽車(chē)首款具有3D打印功能部件的量產(chǎn)車(chē)。其中包括兩個(gè)HVAC導(dǎo)管和一個(gè)線束支架。此外，手動(dòng)擋桿上獨(dú)特紀(jì)念章也使用3D打印以彰顯這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。通過(guò)利用3D打印制造技術(shù)，凱迪拉克能夠在開(kāi)發(fā)手動(dòng)變速器時(shí)降低成本和浪費(fèi)。

3D打印汽車(chē)應(yīng)用的未來(lái)

最近幾年，南極熊觀察到，增材制造的成本已快速下降，例如某些光敏樹(shù)脂材料從1000多元1升，降到100多元；某些牌號(hào)的金屬3D打印粉末價(jià)格從2000多元1公斤，降到幾百元。但是對(duì)于批量生產(chǎn)而言，它的價(jià)格還不夠便宜。對(duì)于一家每天生產(chǎn)8,000輛以上汽車(chē)的GM公司而言，打印速度仍然太慢。將流程集成到生產(chǎn)線中并非易事。這不僅僅是購(gòu)買(mǎi)3D打印機(jī)就了事了。對(duì)于工業(yè)規(guī)模的3D打印，應(yīng)用有難度。

通用汽車(chē)（GM）在古怪的座椅支架等方面前景廣闊�！拔覀兠枯v車(chē)上都有30,000個(gè)零件，”通用汽車(chē)制造商增材設(shè)計(jì)和制造總監(jiān)Kevin Quinn說(shuō)。“未來(lái)，可能有100或1,000個(gè)零件是可以3D打印的。從現(xiàn)在開(kāi)始的五年后，這個(gè)數(shù)字可以增加到5,000個(gè)嗎？從現(xiàn)在起的十年，可以到10,000個(gè)嗎？”而最終 結(jié)果可能是更漂亮、更節(jié)能、更輕、更快的汽車(chē)。

當(dāng)然，不要指望很快就能3D打印出整輛車(chē)。這不是萬(wàn)能藥。完全3D打印的汽車(chē)，在成本上沒(méi)有意義。但是，對(duì)于汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，有很多東西可以改變。