捷豹路虎3D打印專家解密：如何借助增材制造提升40萬輛汽車的生產(chǎn)效率

2024年10月8日，南極熊獲悉，在最近舉行的英國增材制造協(xié)會(huì)(AMUK)會(huì)員論壇上，捷豹路虎(JLR)的增材制造技術(shù)專家Luke Fox詳細(xì)闡述了3D打印如何提升英國豪華汽車的生產(chǎn)效率。

△Luk Fox在AMUK論壇上發(fā)言

Fox強(qiáng)調(diào)，增材制造在捷豹路虎的工作流程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。他指出，雖然3D打印并不用于大規(guī)模生產(chǎn)最終部件，但在滿足日益增長(zhǎng)的定制需求和加速功能原型測(cè)試方面展現(xiàn)出巨大潛力。他表示：“我們?cè)谠霾闹圃熘行?AMC)內(nèi)部制造的絕大多數(shù)部件都是為了測(cè)試功能。沒有3D打印，我們無法如此迅速地完成測(cè)試�！�

在論壇上，F(xiàn)ox還探討了增材制造如何應(yīng)對(duì)汽車行業(yè)面臨的可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，汽車制造商正在努力降低碳足跡。

△GKN Aerospace的全球技術(shù)中心，AMUK會(huì)員論壇在此舉辦

捷豹路虎的增材制造

本次論壇在航空航天制造商GKN Aerospace位于布里托爾的全球技術(shù)中心舉辦，旨在探討英國增材制造的現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向。

Fox詳細(xì)介紹了捷豹路虎的全球業(yè)務(wù)布局，指出公司在英國設(shè)有三家汽車制造廠，并在斯洛伐克、巴西、中國和印度設(shè)有生產(chǎn)基地。作為塔塔汽車的全資子公司，捷豹路虎致力于生產(chǎn)高端汽車品牌，如攬勝、衛(wèi)士和捷豹等。

2018年，捷豹路虎曾承諾每年生產(chǎn)100萬輛汽車。但Fox解釋說，隨著戰(zhàn)略的調(diào)整，公司現(xiàn)在優(yōu)先考慮質(zhì)量而非數(shù)量，預(yù)計(jì)到2023年將生產(chǎn)約40萬輛汽車。增材制造在實(shí)現(xiàn)這一質(zhì)量目標(biāo)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

捷豹路虎的增材制造中心位于蓋登高級(jí)產(chǎn)品創(chuàng)造中心，配備20臺(tái)工業(yè)3D打印機(jī)，涵蓋HP Multi Jet Fusion (MJF)、EOS系統(tǒng)、SLA、FDM和PolyJet等六種增材制造技術(shù)。其中，聚合物粉末床熔合技術(shù)占公司增材制造能力的87%。Fox補(bǔ)充道：“目前我們僅專注于聚合物業(yè)務(wù)，暫未開展金屬3D打印�！�

作為公司內(nèi)部的卓越中心，AMC承擔(dān)著從早期設(shè)計(jì)模型到功能部件等多種角色。Fox指出，捷豹路虎各部門的工程師均可申請(qǐng)3D打印組件，促進(jìn)了跨部門的協(xié)作與創(chuàng)新。

此外，捷豹路虎在哈利伍德工廠等生產(chǎn)基地的工程師也擁有約十幾臺(tái)工業(yè)級(jí)FDM 3D打印機(jī)，其它制造和工程站點(diǎn)則配備小型桌面FDM系統(tǒng)。這些系統(tǒng)用于快速原型設(shè)計(jì)和測(cè)試，隨后再將復(fù)雜部件送至AMC進(jìn)行生產(chǎn)。這種分散式的增材制造方法有助于保持靈活性和響應(yīng)速度。

△位于蓋登的捷豹路虎增材制造中心的EOS 3D打印機(jī)

3D打印助力汽車開發(fā)

捷豹路虎正積極利用增材制造技術(shù)來改善汽車零部件的生產(chǎn)和替換。以2019款捷豹XE SV Project 8為例，該車型采用了多個(gè)增材制造零部件，如前車牌支架和座椅頭枕支架，盡管該車限量生產(chǎn)，僅有300輛。更為實(shí)際的應(yīng)用則圍繞遺留部件的替代，例如1999款路虎發(fā)現(xiàn)2的座椅把手，因原制造公司關(guān)閉且模具遺失，客戶希望從經(jīng)銷商處訂購替換件。捷豹路虎通過3D打印這些零部件，且在設(shè)計(jì)中進(jìn)行輕微改動(dòng)以提高耐用性，每年打印大約50個(gè)，客戶對(duì)此通常并不知情。

大規(guī)模定制也是增材制造在汽車領(lǐng)域的重要應(yīng)用。捷豹路虎正在研究如何通過3D打印實(shí)現(xiàn)個(gè)性化油箱蓋和儀表板的定制，確保該技術(shù)在未來得到廣泛應(yīng)用。

該公司的增材制造工作主要集中在功能原型設(shè)計(jì)上。Fox表示，3D打印原型部件加快了測(cè)試過程，使設(shè)計(jì)更改和評(píng)估更加迅速。例如，針對(duì)路虎衛(wèi)士SUV后座狗抓傷保險(xiǎn)杠的問題，
團(tuán)隊(duì)利用3D掃描技術(shù)對(duì)狗爪進(jìn)行掃描，生成其數(shù)字模型，然后通過3D打印技術(shù)制作出與真實(shí)狗爪相同或相似的復(fù)制品。這一過程幫助團(tuán)隊(duì)更好地理解狗爪對(duì)路虎衛(wèi)士SUV后座保險(xiǎn)杠的影響，從而設(shè)計(jì)出有效的保護(hù)條，減少因狗爪造成的損壞。

△3D打印的路虎發(fā)現(xiàn)2替換座椅把手

未來，捷豹路虎計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)展增材制造的應(yīng)用，特別是在金屬3D打印方面。該公司已經(jīng)開始利用外部金屬3D打印為豪華車型Range Rover SV 460生產(chǎn)后桌組件，年產(chǎn)約40個(gè)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，該公司致力于將金屬3D打印技術(shù)應(yīng)用于更多的大批量制造中。

在一個(gè)正在進(jìn)行的項(xiàng)目中，捷豹路虎通過激光粉末床熔合技術(shù)進(jìn)行初步概念驗(yàn)證，未來計(jì)劃生產(chǎn)數(shù)百個(gè)金屬部件，以實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的測(cè)試和改進(jìn)。Fox指出，采用粘合劑噴射技術(shù)與金屬注射成型（MIM）相結(jié)合的方式，將使零部件的機(jī)械性能更接近目標(biāo)要求，從而在大規(guī)模生產(chǎn)前更有效地微調(diào)設(shè)計(jì)。

Fox強(qiáng)調(diào)，平衡內(nèi)部能力與外部合作至關(guān)重要。雖然捷豹路虎能內(nèi)部制作原型并進(jìn)行測(cè)試，但實(shí)現(xiàn)全面生產(chǎn)通常需要外包給專業(yè)供應(yīng)商。此模式已被其它汽車制造商如蘭博基尼所采納，成功驗(yàn)證后，逐步將生產(chǎn)流程外包給第三方。

△捷豹路虎位于斯洛伐克尼特拉的生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)線

3D打印汽車可持續(xù)發(fā)展的未來

隨著環(huán)境法規(guī)的日益嚴(yán)格和迫切，增材制造在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用正在增長(zhǎng)。

意大利的3D打印機(jī)制造商Prima Additive正在與自動(dòng)化和機(jī)器人公司Comau合作開發(fā)一種可3D打印的剎車盤涂層。該工藝可以將剎車盤退化相關(guān)的污染排放減少80%，從而滿足相關(guān)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。根據(jù)歐盟(EU)的歐7標(biāo)準(zhǔn)，要求到2026年底將剎車盤的顆粒排放量減少27%。

Fox指出：“我們可以利用這一優(yōu)勢(shì)，在汽車領(lǐng)域越來越多地采用增材制造，其中一個(gè)原因是這種方法比傳統(tǒng)制造工藝更具可持續(xù)性�！彼�提到捷豹路虎的2039年凈零排放戰(zhàn)略確實(shí)非常難以實(shí)現(xiàn)，但強(qiáng)調(diào)盡管成本增加，公司仍然致力于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。“我們?cè)敢馔度敫�多資金，因?yàn)槲覀兊目蛻粼敢鉃榭沙掷m(xù)的選擇支付更高的價(jià)格�！�

值得注意的是，捷豹品牌目前只生產(chǎn)F-Pace SUV，并正努力全面擺脫燃油車。該品牌承諾將在明年推出全電動(dòng)產(chǎn)品線，所有捷豹車型都將采用專用的純電動(dòng)模塊化架構(gòu)進(jìn)行制造。

捷豹路虎還宣布計(jì)劃通過塔塔每年投資35億美元（約合247億人民幣），以支持新電動(dòng)車型和基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)。除了電力之外，該品牌還致力于開發(fā)其它可再生能源。