捷豹路虎將3D打印能力融入年產(chǎn)40萬(wàn)輛汽車生產(chǎn)線，助力高端汽車定制研發(fā)

2024年10月8日，南極熊獲悉，在最近的AMUK會(huì)員論壇上，英國(guó)高端汽車制造商捷豹路虎(JLR)的增材制造技術(shù)專家盧克·福克斯(Luke Fox) 概述了如何使用 3D 打印來(lái)提高豪車的產(chǎn)量，并強(qiáng)調(diào)了增材制造技術(shù)在汽車生產(chǎn)流程中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

值得注意的是，3D打印并不用于大批量生產(chǎn)最終用途部件。相反，它的價(jià)值在于滿足日益增長(zhǎng)的大規(guī)模定制需求，同時(shí)加速測(cè)試車功能原型的生產(chǎn)。后者代表了捷豹路虎在其增材制造中心 (AMC) 內(nèi)部制造的“絕大多數(shù)部件”。福克斯強(qiáng)調(diào)了這種增材制造能力的重要性，并表示如果沒(méi)有 3D 打印，他們就無(wú)法如此快速地完成測(cè)試。

福克斯還討論了增材制造如何解決汽車行業(yè)目前面臨的最緊迫的問(wèn)題之一。 許多汽車可持續(xù)發(fā)展的最后期限即將到來(lái)，汽車制造商正在努力減少碳足跡，使其車輛符合環(huán)境法規(guī)。據(jù)�？怂狗Q，3D 打印將在實(shí)現(xiàn)捷豹路虎到 2039 年實(shí)現(xiàn)整個(gè)供應(yīng)鏈凈零排放的承諾中發(fā)揮重要作用。

△LukFox 在 AMUK 會(huì)員論壇上發(fā)言。照片由 3D 打印行業(yè)提供。

JLR公司的增材制造能力

英國(guó)增材制造協(xié)會(huì)(AMUK) 是英國(guó)3D 打印生態(tài)系統(tǒng)中公司的貿(mào)易協(xié)會(huì)。其最新一次會(huì)員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。

此次活動(dòng)主要介紹了英國(guó)增材制造的現(xiàn)狀及其未來(lái)發(fā)展方向。與會(huì)者還有機(jī)會(huì)交流并參觀 GKN的研發(fā)設(shè)施。

△GKNAerospace 的全球技術(shù)中心，AMUK 會(huì)員論壇在此舉辦。圖片來(lái)源：3D Printing Industry

在演講中，福克斯概述了JLR的全球影響力，該公司在英國(guó)擁有三家汽車制造廠，在斯洛伐克、巴西、中國(guó)和印度設(shè)有工廠。該公司是塔塔汽車的全資子公司，生產(chǎn)和銷售攬勝、衛(wèi)士、發(fā)現(xiàn)和捷豹等高端汽車品牌。

2018 年，捷豹路虎承諾每年生產(chǎn)100 萬(wàn)輛汽車。然而，福克斯解釋說(shuō)，該公司此后已改變戰(zhàn)略，優(yōu)先考慮質(zhì)量而不是數(shù)量，到 2023 年將生產(chǎn)約 40 萬(wàn)輛汽車。

增材制造在實(shí)現(xiàn)這一質(zhì)量方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。捷豹路虎的 AMC 位于蓋登高級(jí)產(chǎn)品創(chuàng)造中心，擁有 20 臺(tái)工業(yè) 3D 打印機(jī)，采用六種增材制造技術(shù)。這些包括HP Multi Jet Fusion (MJF)、EOS系統(tǒng)、SLA、FDM 和 PolyJet 3D 打印機(jī)。

聚合物粉末床熔融占該公司增材制造能力的 87%。大桶光聚合占其系統(tǒng)的 8%，而材料噴射和材料擠壓分別僅占 3% 和 2%。福克斯補(bǔ)充道：“目前我們內(nèi)部只做聚合物業(yè)務(wù)，我們不做任何金屬 3D 打印。”

AMC 是公司內(nèi)部的卓越中心，承擔(dān)著從早期設(shè)計(jì)模型到功能部件等各種角色�！癆MC 是作為內(nèi)部資源設(shè)立的，” �？怂菇忉屨f(shuō)，所有部門的 JLR 工程師都可以申請(qǐng) 3D 打印組件。

增材制造技術(shù)也已融入整個(gè)企業(yè)的不同中心和部門。捷豹路虎生產(chǎn)基地之一哈利伍德工廠的工程師擁有大約十幾臺(tái)工業(yè)級(jí) FDM 3D 打印機(jī)。

小型桌面 FDM 系統(tǒng)也分布在其他制造和工程站點(diǎn)。據(jù)�？怂菇榻B，這些系統(tǒng)用于快速原型設(shè)計(jì)和測(cè)試，然后再送到 AMC 制造更復(fù)雜的部件，這種分散式方法有助于保持靈活性。   

△位于蓋登的捷豹路虎增材制造中心的 EOS 3D 打印機(jī)。圖片來(lái)自捷豹路虎。

3D 打印助力汽車開發(fā)

過(guò)去，捷豹路虎曾利用增材制造技術(shù)生產(chǎn)最終用途汽車零部件。一個(gè)值得注意的例子是 2019款捷豹 XE SV Project 8，它采用了十多個(gè) AMC制造的零部件。它們包括前車牌支架、汽車座椅頭枕支架和外部空氣動(dòng)力學(xué)部件。然而，這些都是小批量生產(chǎn)，僅生產(chǎn)了 300 輛 Project 8。

更實(shí)際的使用案例圍繞著遺留部件。福克斯提到了 1999 年款路虎發(fā)現(xiàn) 2 的座椅把手反復(fù)出現(xiàn)的問(wèn)題，這個(gè)部件很容易損壞。

擁有此款車型的客戶現(xiàn)在希望能夠從路虎經(jīng)銷商處訂購(gòu)替換部件。然而，最初制造這些部件的公司已不復(fù)存在，注塑模具也已丟失。

JLR 的解決方案是自行 3D 打印零部件，略微改變幾何形狀以增加耐用性�！拔覀兠磕甏蛴〈蠹s 50 個(gè)這樣的零部件，” �？怂拐f(shuō)道，而客戶通常不知道替換件是 3D 打印的。   

△3D 打印替換座椅把手。圖片來(lái)自 Luke Fox/JLR

大規(guī)模定制是增材制造在汽車領(lǐng)域的另一個(gè)顯著應(yīng)用。“大規(guī)模定制肯定不會(huì)消失，所以我們正在做很多這樣的事情，” �？怂贡硎尽Ｋ�指出，捷豹路虎正在積極研究如何利用 3D 打印實(shí)現(xiàn)更多定制組件，例如個(gè)性化油箱蓋和儀表板。

然而，捷豹路虎的“絕大部分”增材制造工作都用于測(cè)試車的功能原型設(shè)計(jì)。這些預(yù)生產(chǎn)車輛通常用乙烯基迷彩圖案包裹，以便在公開展示和試駕時(shí)隱藏其設(shè)計(jì)。福克斯表示，3D 打印原型部件大大加快了測(cè)試過(guò)程，允許比傳統(tǒng)制造方法更快地進(jìn)行設(shè)計(jì)更改和評(píng)估。  

一個(gè)令人驚訝的后期制作示例與影響路虎衛(wèi)士 SUV 車主的問(wèn)題有關(guān)�！爱�(dāng)他們把狗帶進(jìn)車后座時(shí)，狗抓傷了保險(xiǎn)杠，”福克斯解釋說(shuō)。

捷豹路虎的增材制造團(tuán)隊(duì)對(duì)此作出了回應(yīng)，他們對(duì)狗的爪子進(jìn)行了 3D 掃描，分析了爪子的硬度，并 3D 打印了一個(gè)爪子的復(fù)制品，將其放在機(jī)械臂上。這個(gè)復(fù)制品“在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)”反復(fù)刮擦 Defender 保險(xiǎn)杠，從而開發(fā)出了一種可以購(gòu)買的保護(hù)條，以最大限度地減少損壞。      

△LukFox 在 AMUK 會(huì)員論壇上發(fā)言。圖片來(lái)源：3DPrinting Industry

JLR 的金屬 3D 打印路線圖

�？怂贡硎�，捷豹路虎未來(lái)將進(jìn)一步擴(kuò)大增材制造的應(yīng)用。但他指出，JLR更注重的是落實(shí)到擴(kuò)大產(chǎn)能，而不是增強(qiáng)制造能力。此次發(fā)展的一個(gè)重要部分是提高其金屬 3D 打印能力。該公司已經(jīng)利用外部金屬3D 打印為 Range Rover SV 460 生產(chǎn)豪華后桌組件。

這些終端應(yīng)用部件由一級(jí)供應(yīng)商制造，每年約有 40 個(gè)。“這種部件的產(chǎn)量很低，但它是我們生產(chǎn)車輛中的金屬增材制造部件，”�？怂寡a(bǔ)充道。   

隨著規(guī)模的擴(kuò)大，捷豹路虎正致力于將金屬 3D 打印技術(shù)融入到更多大批量制造應(yīng)用中。�？怂固岬搅艘粋�(gè)正在進(jìn)行的項(xiàng)目，該項(xiàng)目使用 3D 打印技術(shù)來(lái)支持“大約一百萬(wàn)個(gè)零件”的生產(chǎn)。

最初，JLR采用激光粉末床熔融技術(shù)進(jìn)行初步概念驗(yàn)證測(cè)試。接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)希望生產(chǎn)“幾百個(gè)”金屬部件，以獲得更嚴(yán)格和準(zhǔn)確的結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們采用了粘合劑噴射技術(shù)，并提出了金屬注射成型 (MIM) 作為最終生產(chǎn)技術(shù)。   

據(jù)報(bào)道，粘合劑噴射 3D 打印工藝生產(chǎn)的部件更接近所需的機(jī)械性能。福克斯補(bǔ)充說(shuō)，這種方法可以進(jìn)行更廣泛的測(cè)試和改進(jìn)，而無(wú)需傳統(tǒng)金屬制造的高成本，因?yàn)閭鹘y(tǒng)金屬制造需要昂貴的工具。

據(jù)報(bào)道，將金屬 3D 打印納入這一預(yù)生產(chǎn)階段將使捷豹路虎能夠在進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)之前更有效地微調(diào)設(shè)計(jì)。

在討論公司更廣泛的增材制造戰(zhàn)略時(shí)，福克斯強(qiáng)調(diào)了平衡內(nèi)部能力與外部合作的重要性。雖然捷豹路虎可以在內(nèi)部制作原型并測(cè)試零件，但擴(kuò)大到全面生產(chǎn)通常需要外包給專業(yè)供應(yīng)商。

“我們不適合大批量生產(chǎn)，”�？怂钩姓J(rèn)。他選擇增材制造是為了與供應(yīng)商密切合作進(jìn)行內(nèi)部設(shè)計(jì)和測(cè)試，然后隨著產(chǎn)量的提高逐漸轉(zhuǎn)換生產(chǎn)模式。

這種模式已在其他汽車制造商中得到效仿，包括蘭博基尼。據(jù)�？怂狗Q，該公司最初在內(nèi)部生產(chǎn)3D打印油箱蓋，后來(lái)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，最終在驗(yàn)證成功后將整個(gè)流程外包。這種方法充分利用了增材制造的定制功能，同時(shí)將批量生產(chǎn)流程移交給第三方。

△捷豹路虎位于斯洛伐克尼特拉的生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)線。圖片來(lái)自捷豹路虎。

3D 打�。浩�車可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)？

受時(shí)間敏感的環(huán)境立法的推動(dòng)，增材制造在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用正在增長(zhǎng)。 例如，最近有消息稱，意大利 3D 打印機(jī) OEM Prima Additive正在與自動(dòng)化和機(jī)器人公司Comau合作開發(fā)一種 3D 可打印的剎車盤涂層。據(jù)報(bào)道，該工藝可將剎車盤退化相關(guān)的污染排放減少 80%，滿足相關(guān)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。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%。   

福克斯解釋道：“我們可以利用的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，增材制造比其他傳統(tǒng)制造工藝更具可持續(xù)性�！�

他稱捷豹路虎的 2039 年凈零排放戰(zhàn)略“真的非常難實(shí)現(xiàn)”，但他強(qiáng)調(diào)，盡管成本增加，公司仍致力于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)�！拔覀�?cè)敢饣ǜ�多錢，因?yàn)槲覀兊目蛻粼敢饣ǜ�多錢選擇可持續(xù)的選擇。​​”   

值得注意的是，捷豹品牌目前只生產(chǎn) F-Pace SUV，正在尋求徹底擺脫化石燃料。該品牌承諾明年推出全電動(dòng)產(chǎn)品線。據(jù)報(bào)道，所有捷豹汽車都將采用專用的純電動(dòng)模塊化架構(gòu)制造。

捷豹路虎此前宣布，計(jì)劃通過(guò)塔塔每年投資 35 億美元，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)其他可再生能源。