一張圖看懂3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)SmarTech于2015年發(fā)表的一份《增材制造在汽車行業(yè)的前景：下一個(gè)十年的預(yù)測(cè)》的報(bào)告認(rèn)為，3D打印在汽車行業(yè)的應(yīng)用蓄勢(shì)待發(fā)，并且前景廣闊。

根據(jù)SmarTech的報(bào)告，3D打印在汽車行業(yè)2014年的總市場(chǎng)金額為3.7億美金，到2023年有望達(dá)到22.7億美金。汽車在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用從簡(jiǎn)單的概念模型到功能型原型朝著更多的功能部件方向發(fā)展，滲透到發(fā)動(dòng)機(jī)等核心零部件領(lǐng)域的設(shè)計(jì)。SmarTech預(yù)言2016年，汽車行業(yè)研發(fā)領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)金屬3D打印技術(shù)引入爆發(fā)期。

事實(shí)上，汽車廠商通過(guò)3D打印來(lái)完成汽車研發(fā)階段的原型開發(fā)與設(shè)計(jì)驗(yàn)證早已不是新鮮事，更多的汽車廠商使用3D打印來(lái)制造各種模具、夾具等以用于組裝和制造過(guò)程�？梢哉f(shuō)3D打印在造型評(píng)審、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、多材料復(fù)合零件、輕量化結(jié)構(gòu)零件、定制專用工裝、售后個(gè)性換裝件等方面的應(yīng)用逐漸被越來(lái)越多的汽車廠家采用。

下面，我們通3D打印在汽車行業(yè)的主要應(yīng)用圖表上的邏輯順序與案例的結(jié)合，來(lái)一場(chǎng)有關(guān)與汽車研發(fā)與制造技術(shù)的進(jìn)化之旅行吧…

原型與設(shè)計(jì)驗(yàn)證

下圖的Stratasys的汽車輪胎原型是為賓利定制的，輪胎與輪轂一次性制造完成，與原車的輪胎大小：1:1；材料名稱：VeroGrey；制造時(shí)間：188小時(shí)28分鐘；材料消耗：24995g；支撐材料消耗：27413g

汽車墊子下方是硬的塑料，上面是可以折疊的橡膠材質(zhì)。當(dāng)打印像1000x800x500mm這樣大型的產(chǎn)品的時(shí)候，Stratasys Object 1000 Plus就派上了用場(chǎng)，不僅可以1：1的尺寸制造汽車，航空航天行業(yè)需要的原型，而且經(jīng)濟(jì)。

該原型材料：VeroClear, TangoBlackPlus; 制造時(shí)間：11小時(shí)49分鐘；材料消耗：TangoBlackPlus 4882g, VeroClear 848 g；支撐材料消耗：12936 g

車身

Local Motors率先將直接數(shù)字制造（DDM）的概念用于3D打印汽車Strati,由美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)頭研發(fā)的BAAM（大尺寸增材制造）設(shè)備可用于實(shí)際生產(chǎn)。每小時(shí)40磅碳纖維增強(qiáng)ABS塑料的沉積速率和大尺寸意味著增材技術(shù)可用于大型部件如汽車等的生產(chǎn)。

Strati的車身主體是一體的，可以用3D打印機(jī)完整地打印出來(lái)�？刹鹦兜淖�椅可以讓方便客戶選擇自己喜歡的內(nèi)飾顏色和材質(zhì)來(lái)打印。其前大燈、后視鏡、擋風(fēng)玻璃和電子部件中加入了碳纖維以提升其強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了“創(chuàng)新性、復(fù)雜性和實(shí)用性之間良好的平衡。

而且很快，客戶登陸Local Motors就可以通過(guò)在線商場(chǎng)來(lái)下單定制自己喜歡的汽車了。

與上述的Local Motors的塑料車身不同，超級(jí)轎跑Blade的車身是由鋁合金和碳纖維管像搭建積木一樣組成的。

Blade主體部件是鋁合金和碳纖維，非常輕，速度很快——它的加速度比邁凱輪P1更大，功率重量比是布加迪威龍的2倍。它能夠在短短2.2秒內(nèi)從0加速至60英里每小時(shí)（邁凱輪P1的這個(gè)數(shù)字是2.8秒）。它的重量只有1400磅，并且安裝著一個(gè)4缸700馬力的雙燃料內(nèi)燃機(jī)，可使用汽油或壓縮天然氣為燃料。汽車底盤由大約70個(gè)3D打印的鋁節(jié)點(diǎn)組成的，工人手工組裝該底盤前后歷時(shí)僅30分鐘。而底盤本身的重量只有61磅。

車內(nèi)飾

關(guān)于3D打印用于汽車內(nèi)飾，甚至是外飾的話題，在這里3D科學(xué)谷就話不多說(shuō)了，直接上美圖。

標(biāo)志

寶馬

賓利

功能零件

汽車座椅

豐田汽車與Materialise共同設(shè)計(jì)的汽車座椅以使得座椅重量更輕，同時(shí)舒適感更強(qiáng)。汽車座椅低重力密度區(qū)域的鏤空處理帶來(lái)雙重的好處。第一個(gè)方面，創(chuàng)造了更大的散熱能力。第二個(gè)方面，節(jié)省大量的材料。事實(shí)上，汽車座椅的重量減少了高達(dá)72%，比原來(lái)輕了18公斤。

除了汽車座椅，Materialise還做過(guò)汽車方向盤的輕量化嘗試。

電容

之前3D打印技術(shù)一般需要對(duì)電池的不同組成部件分別進(jìn)行單獨(dú)打印，例如電池所采用的陰極、陽(yáng)極以及電解質(zhì)等均需要單獨(dú)打印。3D科學(xué)谷認(rèn)為Graphene 3D實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行的多種材料同時(shí)打印，大大簡(jiǎn)化了電池的3D打印過(guò)程，在一次打印過(guò)程中就可以完成整個(gè)電池的打印工作。

多功能結(jié)構(gòu)電池一經(jīng)推出便吸引了大量研發(fā)團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，其中就包括沃爾沃汽車公司。多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目的主要目的就是為車輛電池提供一種具有革命性意義的電能存儲(chǔ)方案。

除了打印電容，來(lái)自澳大利亞的一家公司EVX Ventures還在大膽地探索3D打印太陽(yáng)能汽車。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體

歐洲賽車隊(duì)通過(guò)3D打印技術(shù)改善他們賽車的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。這個(gè)項(xiàng)目由位于加利福尼亞的圣克拉拉的FIT Technology Group技術(shù)部門來(lái)完成的，F(xiàn)IT通過(guò)SLM選擇性激光融化增材制造技術(shù)來(lái)制造出新的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋。

通過(guò)選擇性激光熔化方案顯著提高氣缸蓋的表面散熱面積，減少振動(dòng)和重量。結(jié)果是減少了66％的氣缸蓋重量，從5095克到1755克，并且體積也從1887立方厘米減少到650立方厘米。而氣缸蓋的表面面積從823平方厘米增加到6052平方厘米，主要是通過(guò)晶格結(jié)構(gòu)帶來(lái)的復(fù)雜的組織相比，這帶來(lái)了更有效的冷卻性能，而冷卻性能對(duì)賽車的性能表現(xiàn)至關(guān)重要。

水泵輪

下圖的這個(gè)部件是用選擇性激光熔融（SLM）技術(shù)制造的，該技術(shù)主要通過(guò)使用激光融化金屬粉末制造3D對(duì)象。制造完成的水泵輪被安裝到一輛寶馬DTM賽車的動(dòng)力系統(tǒng)中。這使得寶馬公司能夠快速迭代水泵輪，甚至如果需要的話可以根據(jù)具體的比賽條件進(jìn)行定制。而且無(wú)需生產(chǎn)模具，零部件修改需要的成本接近于零。

散熱系統(tǒng)

熱交換器的技術(shù)發(fā)展在過(guò)去20年里幾乎可以說(shuō)是停滯狀態(tài)，由于傳統(tǒng)的、減材制造方法對(duì)加工帶來(lái)很多限制。隨著3D打印粉末床選擇性金屬融化技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)增材制造的方式生產(chǎn)的熱交換器不但減少了重量，同時(shí)提高了熱交換接觸效率，提升了熱交換器的整體性能。

其他零件

賓利在Speed 6概念車上大膽嘗試3D打印技術(shù),其中Speed6車門的鉸鏈就是用金屬3D打印的，其鏤空的結(jié)構(gòu)看起來(lái)就像是一面抽象的英國(guó)國(guó)旗。

仿生學(xué)與未來(lái)汽車

Soulmate是德國(guó)博世、EDAG和制造商之間的合作項(xiàng)目結(jié)果，EDAG和博世親切地稱其創(chuàng)作的車為“Soulmate”，Soulmate翻譯成中文不僅僅是知己，更是靈魂伴侶，用來(lái)比喻車，可見(jiàn)這輛車對(duì)主人意識(shí)的感知程度是不一般。而這也意味著未來(lái)的車將全面接入IoT物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。如此知性又感性的概念車，3D打印可以說(shuō)在其中發(fā)揮了極大的長(zhǎng)處。

輕量化是未來(lái)汽車的一大特點(diǎn)。EDAG的設(shè)計(jì)師從葉子中汲取靈感，把輕量級(jí)外殼做到了極致。它的仿生靈感的“骨架”結(jié)構(gòu)完全是3D打印，并覆蓋汽車外層。經(jīng)過(guò)拓?fù)浞律鷮W(xué)優(yōu)化的車的骨骼結(jié)構(gòu)在承載力低的地方減少材料的使用，在承載力高的地方提高材料的密度，從而成為一種輕質(zhì)、高效的汽車。重量輕、效率高，且無(wú)任何浪費(fèi)。

并且，Soulmate發(fā)光的外部皮膚可以提醒其他司機(jī)，其他車輛盲點(diǎn)上的潛在危險(xiǎn)。當(dāng)在高速公路發(fā)生危險(xiǎn)的時(shí)候，司機(jī)也可以讓任何一扇門發(fā)出紅色的閃光以提示其他的司機(jī)。。此外，車輛與人的交互界面可以通過(guò)手勢(shì)控制和通過(guò)觸覺(jué)輸入來(lái)控制，這使得司機(jī)能夠保持專注于道路行駛安全上。

另外，3D打印在汽車的研發(fā)過(guò)程中和制造流水線上所需要的工裝夾具也發(fā)揮著積極的應(yīng)用。而對(duì)于汽車發(fā)燒友，3D打印在售后汽車改裝領(lǐng)域打開了另一個(gè)想象空間。


來(lái)源3D科學(xué)谷