近年來(lái)，汽車(chē)輕量化已經(jīng)成為未來(lái)行業(yè)內(nèi)發(fā)展的趨勢(shì)。新能源汽車(chē)逐年銷量上升更是加劇了輕量化在汽車(chē)領(lǐng)域的跨越式推進(jìn)。一體化壓鑄、3D打印、半固態(tài)成型等技術(shù)也一次次成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)。

新能源汽車(chē)的生態(tài)系統(tǒng)是開(kāi)放的，是變化和動(dòng)態(tài)的。傳統(tǒng)汽車(chē)從設(shè)計(jì)定型到新車(chē)出廠通常需要三年時(shí)間，在此期間針對(duì)這些零件生產(chǎn)的工藝與供應(yīng)鏈都進(jìn)入到了固化狀態(tài)。而像特斯拉這樣的車(chē)企，其軟件幾乎每個(gè)月都會(huì)更新。數(shù)字化的基因可以說(shuō)根植在新造車(chē)勢(shì)力的血液中。

3D打印帶來(lái)的數(shù)字化，讓人類第一次能夠產(chǎn)生真正的經(jīng)濟(jì)凈收益門(mén)檻：通過(guò)將客戶行為與生產(chǎn)者行為同步，以需求為導(dǎo)向，從生產(chǎn)過(guò)剩轉(zhuǎn)向需求驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)。

3D打印是一種帶有鮮明數(shù)字化特征的技術(shù)，這意味著增材制造能夠改變產(chǎn)品的生產(chǎn)方式是本質(zhì)性的，不僅可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化，還可以實(shí)現(xiàn)功能化導(dǎo)向的制造，這使得3D打印與新能源汽車(chē)具有制造基因方面的“天然契合”。

3D打印具備傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可在不犧牲結(jié)構(gòu)部件性能的情況下，實(shí)現(xiàn)部件的整合設(shè)計(jì)并制造，為汽車(chē)制造提供新的設(shè)計(jì)思路和發(fā)展途徑。可以預(yù)估3D打印技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將一片光明。

升華三維作為具備材料開(kāi)發(fā)、設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)、系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)到脫脂和燒結(jié)工藝為一體的金屬/陶瓷間接3D打印解決方案供應(yīng)商。在助力汽車(chē)工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展方面，升華三維將以增材制造“數(shù)字化、個(gè)性化、定制化”的技術(shù)特點(diǎn)，通過(guò)PEP技術(shù)工藝幫助汽車(chē)生產(chǎn)制造商創(chuàng)造更多效益與價(jià)值。

對(duì)于汽車(chē)市場(chǎng)而言，特別是高級(jí)跑車(chē)或賽車(chē)，性能高于一切，比如輕量化設(shè)計(jì)可以減輕車(chē)輛重量等，從而增加可用功率，降低能耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)汽車(chē)至關(guān)重要的減排目標(biāo)。通過(guò)增材制造和拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)合，憑借3D打印在定制和輕量化上的優(yōu)勢(shì)，其在汽車(chē)改裝及生產(chǎn)制造領(lǐng)域的發(fā)展已初現(xiàn)趨勢(shì)。金屬3D打印技術(shù)已被運(yùn)用到定制輪轂，高性能冷凝器和剎車(chē)卡鉗，輕量化支架結(jié)構(gòu)件等；亦有很多國(guó)際汽車(chē)生產(chǎn)商如奔馳、寶馬、奧迪、豐田等已經(jīng)在汽車(chē)的研發(fā)階段大量使用3D打印技術(shù)。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，3D打印在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用，占整個(gè)應(yīng)用行業(yè)的30%以上。特別是在賽車(chē)應(yīng)用中非常廣泛，像NASCAR和一級(jí)方程式賽車(chē)一直在采用3D打印技術(shù)。

汽車(chē)行業(yè)需要利用3D打印技術(shù)的具體優(yōu)勢(shì)來(lái)提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)，然而要想將3D打印用于具體的汽車(chē)零部件生產(chǎn)，需要突破的一大挑戰(zhàn)是經(jīng)濟(jì)性。目前，用于3D打印的汽車(chē)零部件大多數(shù)是小批量的十幾個(gè)，要增加到汽車(chē)行業(yè)普遍所需要的高達(dá)100萬(wàn)的產(chǎn)量，3D打印必須要突破經(jīng)濟(jì)性的障礙。

下面將通過(guò)介紹3D打印技術(shù)在大眾、福特、寶馬等企業(yè)的最新應(yīng)用進(jìn)展，來(lái)探究3D打印技術(shù)在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

大眾在2019年就發(fā)布了將在大眾汽車(chē)上使用惠普金屬3D打印技術(shù)的計(jì)劃，首先是進(jìn)行大規(guī)模定制和裝飾部件的制造，并盡快將惠普的HP Metal Jet金屬3D打印的結(jié)構(gòu)部件集成到下一代車(chē)輛中，并著眼于不斷增加的部件尺寸和技術(shù)要求。

大眾的目標(biāo)是每年制造5～10萬(wàn)個(gè)足球大小尺寸的零件，這些零件可能包括變速桿和后視鏡支架等。增材制造因其在輕量化方面的優(yōu)勢(shì)而在不斷增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域中獲得部署。目前，大眾成立了加州創(chuàng)新與工程中心（IECC），推出了一款集成 3D 打印的獨(dú)特概念車(chē)，并很快宣布與 GKN 和惠普一起在HP Metal Jet上生產(chǎn)了 10000 個(gè)金屬零件（如圖）。正是這一里程碑為大眾與惠普繼續(xù)合作，并為大眾的3D打印結(jié)構(gòu)部件集成到其下一代汽車(chē)中鋪平了道路。

金屬粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)將推動(dòng)大眾制造中3D打印技術(shù)邁向成熟，從而使該技術(shù)具有成本效益。為了利用粘結(jié)劑噴射的優(yōu)勢(shì)，大眾正在擴(kuò)大與惠普的合作伙伴關(guān)系，以布局更多產(chǎn)能，并引入西門(mén)子為該技術(shù)提供專門(mén)的軟件。

通過(guò)西門(mén)子的自動(dòng)化和軟件解決方案，大眾將能夠更快、更靈活、使用更少的資源來(lái)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)零部件。到目前為止，使用粘結(jié)劑噴射制造的第一批汽車(chē)零部件已送往大眾的奧斯納布呂克工廠進(jìn)行認(rèn)證。該零件用于大眾T-Roc敞篷車(chē)的 A 柱，據(jù)相關(guān)資料顯示，其重量是由鋼板制成的傳統(tǒng)部件的一半。

福特在2021年宣布，計(jì)劃在規(guī)模化汽車(chē)制造中采用3D打印技術(shù)。福特之前在3D打印技術(shù)方面取得了一定程度的成功，不過(guò)當(dāng)時(shí)僅涉及較低的產(chǎn)量。但福特現(xiàn)在的技術(shù)遠(yuǎn)不止于小批量的3D打印生產(chǎn)應(yīng)用，其正在開(kāi)發(fā)的3D打印零部件將用于福特“非常受歡迎的車(chē)型”的全面生產(chǎn)。

福特用于粘結(jié)劑噴射金屬3D打印的粉末是Al6061，而成功將鋁應(yīng)用于汽車(chē)零部件3D打印生產(chǎn)的意義是重大的：從傳統(tǒng)制造工藝到3D打印工藝的轉(zhuǎn)變將通過(guò)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)來(lái)減輕重量、節(jié)省空間、提高零部件性能，以及節(jié)省成本和時(shí)間。

針對(duì)3D打印下一代電動(dòng)機(jī)，福特還與蒂森克虜伯、亞琛工業(yè)大學(xué)組成聯(lián)盟開(kāi)始了一項(xiàng)研究，以開(kāi)發(fā)下一代電動(dòng)汽車(chē)靈活、可持續(xù)的生產(chǎn)工藝。目前，開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目名稱是HaPiPro2，指的是發(fā)夾技術(shù)。發(fā)夾繞組是電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中的一項(xiàng)新技術(shù)，矩形銅棒代替了纏繞的銅線。該過(guò)程比傳統(tǒng)的繞線電動(dòng)機(jī)更易于自動(dòng)化，并且在汽車(chē)領(lǐng)域特別受歡迎，因?yàn)樗梢源蟠罂s短制造時(shí)間。

電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)定子繞組的開(kāi)發(fā)通常是眾所周知的瓶頸，經(jīng)典的圓線繞組有許多限制：銅導(dǎo)體、繞組工藝與槽口幾何形狀必須匹配；彼此纏繞的導(dǎo)體形成牢固的圖案；此外，圓形導(dǎo)線（經(jīng)典的導(dǎo)體形狀）在幾何形狀上與梯形凹槽的配合不佳，結(jié)果每個(gè)凹槽都被銅填充了一半，從而形成了空隙。相對(duì)較小的導(dǎo)體橫截面可確保較大的電熱損耗。

3D打印幾乎無(wú)需模具就可以避免這種開(kāi)發(fā)障礙。由于傳統(tǒng)的生產(chǎn)涉及復(fù)雜的彎曲和焊接過(guò)程，所以3D打印帶來(lái)的時(shí)間節(jié)省，尤其是在所謂的發(fā)夾繞組上得到了回報(bào)。

讓銅的填充率更高，3D打印在這方面具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前，市場(chǎng)上熟知的L-PBF選區(qū)激光金屬熔化3D打印，以及粘結(jié)劑噴射金屬3D打印，均是最為主要的應(yīng)用技術(shù)。

通過(guò)3D打印電動(dòng)機(jī)銅線圈繞組，改變一百多年來(lái)的電動(dòng)機(jī)線圈設(shè)計(jì)思路。傳統(tǒng)工藝的銅絲或者銅片，在狹小的電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子空間內(nèi)很難展現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)，而3D打印將帶來(lái)一定的改變。

寶馬于2019年3月在慕尼黑舉行了IDAM聯(lián)合項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)議，旨在為增材制造業(yè)進(jìn)入汽車(chē)系列生產(chǎn)鋪平道路。IDAM的目標(biāo)是推動(dòng)“汽車(chē)領(lǐng)域增材制造（AM）技術(shù)的工業(yè)化和數(shù)字化”。IDAM的目標(biāo)是建立兩條試驗(yàn)線，一條在GKN的波恩工廠，另一條在寶馬集團(tuán)的慕尼黑工廠。IDAM團(tuán)隊(duì)促使增材制造技術(shù)向符合特定要求的方向發(fā)展，以生產(chǎn)質(zhì)量一致的零部件以及基于特定組件的個(gè)別備品備件。目標(biāo)是每年采用3D打印技術(shù)制造至少50000個(gè)批量生產(chǎn)的零部件和10000多個(gè)備品備件。IDAM生產(chǎn)線包含一個(gè)開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，可適用于任何LPBF系統(tǒng)（選區(qū)激光金屬熔融3D打印技術(shù)）。

2020年，寶馬投資1500萬(wàn)歐元（超1億元人民幣）的慕尼黑3D打印工廠正式啟動(dòng)，這奠定了寶馬集團(tuán)在汽車(chē)行業(yè)增材制造技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

在德國(guó)IDAM計(jì)劃支持下，寶馬慕尼黑的3D打印工廠還建設(shè)了模塊化和幾乎完全自動(dòng)化的3D打印生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線涵蓋了從數(shù)字化設(shè)計(jì)到零部件3D打印制造再到后處理的整個(gè)過(guò)程。由于生產(chǎn)線的模塊化結(jié)構(gòu)，必要時(shí)可以升級(jí)換代，所以各個(gè)模塊可以適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求，還可以靈活地控制工藝步驟。通過(guò)綜合考慮融入汽車(chē)生產(chǎn)線的要求，項(xiàng)目合作伙伴將流程鏈中的手工部分從目前的約35%減少為不到5%。與此同時(shí)，3D打印金屬零部件的單位成本減半。

以上案例說(shuō)明，目前很多新設(shè)計(jì)盡管還沒(méi)有進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，仍處于初始階段，但如果制造企業(yè)不盡早做出準(zhǔn)備，并進(jìn)行備品備件及原型的創(chuàng)新，從創(chuàng)新思維的設(shè)計(jì)入手，那么這些企業(yè)將被其他企業(yè)超越，并會(huì)很快發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)。

Extol公司是一家位于密歇根州西部的汽車(chē)制造商，致力于推動(dòng)3D打印在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用是他們公司服務(wù)的重要組成部分。談及3D打印在汽車(chē)零部件的制造方面，該公司的高級(jí)應(yīng)用和銷售工程師 Andrew Roderick 評(píng)論說(shuō)：“車(chē)輛設(shè)計(jì)周期變得越來(lái)越快、越來(lái)越短。就像過(guò)去汽車(chē)制造商可能需要四年時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)和發(fā)布一輛新車(chē)一樣，現(xiàn)在這個(gè)周期縮短到兩年左右，這就是電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展模式。”

隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，對(duì)鋁合金零部件的需求也大幅度增加。AlloyEnterprises 公司開(kāi)發(fā)了一種名為選擇性擴(kuò)散粘合的工藝，這是一種鋁片層壓形式。鋁合金材料既堅(jiān)固又輕巧，它的強(qiáng)度重量比是鋼的兩倍，而且無(wú)限可回收，非常適合汽車(chē)零部件的制造。但就鋁的增材制造而言，并沒(méi)有真正的工藝專為鋁材設(shè)計(jì)。所以他們開(kāi)始研究這個(gè)問(wèn)題，他們決定放棄鋁粉打印的模式，并發(fā)明了這種新穎的鋁原料，使用與鋁箔和汽水罐相同的鋁軋制工藝。Alloy Enterprises 公司采用這種原料，進(jìn)行激光切割，在材料的某些區(qū)域涂抹抑制劑以形成支撐物，將片材堆疊起來(lái)，粘合它們，然后去除支撐物取出零件。該工藝可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)部件制作上，如外殼、電子設(shè)備、帶有冷卻通道的部件和邊緣模塊化部件。

為了更進(jìn)一步地接觸到汽車(chē)客戶，GKN Additive公司在靠近底特律地密歇根州奧本山開(kāi)設(shè)了一個(gè)新工廠，該設(shè)施所做的大部分工作就是增材制造電動(dòng)汽車(chē)零件。GKN 是一家擁有非常悠久的金屬零件生產(chǎn)歷史的公司，主要是沖壓和燒結(jié)以及 MIM、金屬注塑成型，但幾年前，他們收購(gòu)了位于加利福尼亞的 Forecast 3D，例如，擁有大量HP Multi Jet Fusion 打印機(jī)的合同制造商或服務(wù)機(jī)構(gòu)，所以他們非常了解聚合物增材制造。

增材制造擁有縮短制造周期、一體化定制的制造能力，也許它進(jìn)入傳統(tǒng)汽車(chē)市場(chǎng)確實(shí)會(huì)受到一定的限制。但是南極熊認(rèn)為，增材制造在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域?qū)?huì)開(kāi)啟無(wú)限的可能性。未來(lái)，它不僅會(huì)改變制造座椅支架和電池的生產(chǎn)方式，也將改變這些車(chē)輛制造零件模式，以及制造的車(chē)輛類型。

來(lái)源：賢集網(wǎng)