美國LocalMotors公司與美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)等聯合開發出了3D打印汽車“Strati”。截至2015年2月已通過造型手段製造了4輛，其中兩輛是可實際行駛的電動汽車(EV)。
該公司以2015年底為目標計劃上市3D打印汽車。首先將上市最高時速35英裏/小時(約50km/小時)、續航距離約80英裏(130km)的“低速款”版本。價格為1.8萬～3萬美元。常駐ORNL的美國LocalMotors公司高級製造工程師JamesEarle表示，計劃在2016年底之前上市“實現高速公路行駛，並使續航距離倍增”的3D打印汽車。除了EV之外，還計劃開發發動機汽車的3D打印車，“將研究隔熱構造”。
Strati的研發基地位於ORNL內的“製造示範基地(ManufacturingDemonstrationFacility，MDF)”(田納西州諾克斯維爾，圖1)。該3D打印車“工廠”設有大型3D打印機、用於打磨造型品表麵的5軸切削加工機，以及組裝場地(圖2)。現場沒有輸送帶及手推車之類的任何搬運裝置。從3D打印機上卸下來，再裝到5軸加工機上時，“用叉車抬一下就行了”。
用3D打印機造型的Strati的車身重約550kg。普通汽車的骨架、車門、發動機罩及內裝部件合起來約有400kg左右，與之相比較重。
圖1：位於美國橡樹嶺國家實驗室製造示範基地內的3D打印車開發基地。美國LocalMotors公司的技術人員(高級製造工程師JamesEarle)常駐此地，共同推進研發。
圖2：製造3D打印車時需要的設備(a)為ORNL內的3D打印機。屬於研發機型，相當於美國Cincinnati公司製造的“BAAM”的前身。(b)為精加工用途的5軸加工機。
EV常用的2萬個部件被減至50個以下
目前的“工廠”就是研發設施內部被稱為MDF的地方，不過LocalMotors公司預定在2015年內運用與ORNL的共同研究成果在附近設立小型工廠“微工廠”，開展3D打印車的商務運作。該微工廠所需要的設備也不會有很大不同。
工廠小的最大原因是需要的部件數量減少到了1/400左右。EV的部件數量通常約2萬個，而Strati目前不到50個。LocalMotors公司用3D打印機製造車身及底盤等部件，與已有汽車比較，這些部件每一個都相當於將至少數百個部件集為一體。
普通汽車的車身和底盤，為了實現在確保強度的同時吸收碰撞能量的構造，大多利用由鋼板衝壓成型的多個部件經焊接等工藝組裝成骨架。而且外板也是通過衝壓成型製成順滑曲麵的獨立部件。而3D打印車不同，通過充分利用造型上的高自由度，“連吸收碰撞衝擊的構造也被納入了一個部件的內部”，Earle介紹道。因此，現行汽車的車身組裝生產線工序隻用一台3D打印機便可包辦。
這裏最關鍵的是，要用樹脂製造的造型品來確保充分的強度。“憑借目前使用的、以20%比例添加碳纖維來強化的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),就足以滿足要求”。同時，公司目前還在做其他嚐試，比如將纖維改為可實現帶色車身的玻璃纖維，以及將聚合物改為PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)等。LocalMotors公司力爭2015年內達到美國的法規要求，啟動公路行駛試驗。
誕生Strati的大型3D打印機“BAAM(BigAreaAdditiveManufacturing)”目前擁有約4.0×2.0×0.9m的造型範圍(圖3)。由ORNL開發，由機床廠商美國Cincinnati公司製造。“今後還有望用3D打印機來實現電機及懸掛的造型。而且還可考慮組合使用多種材料，比如利用比車身柔軟的材料對保險杠部實施造型”。
圖3：3D打印機“BAAM”
由噴嘴噴出熔融樹脂的熱熔解積層方式的3D打印機。擁有4.0×2.0×0.9m的造型範圍。使用碳纖維強化ABS時，1小時可噴出多達16kg的材料。照片由LocalMotors公司提供。
整個車由粗約8mm的噴嘴噴出熔融樹脂來造型。噴嘴的每秒移動距離為76mm，積層厚度為4mm。還有將造形範圍擴大至6.1×2.4×1.8m的機器。ORNL利用相同的裝置製造了造型與老爺車“ShelbyCobra”相同的EV，並在2015年1月舉行的“NorthAmericanInternationalAutoShow(底特律車展)”上展出。
5軸加工機用於對造型後的車身實施追加加工。之所以要使用該加工機，主要是因為組裝部件的部位要提高形狀精度。尤其是目前來看，作為采購部件的懸掛，其安裝部位的形狀需要高精度加工。
另外，在實現平滑的外觀時也需要使用5軸加工機。雖然之後還可做塗裝，但通過粘貼像公交廣告招貼那樣的貼膜，便可獲得不亞於已有汽車的外觀效果。這時與凃裝相比，設備和工序都很簡單。實際上，作為LocalMotors公司目前的商品，越野車“RallyFighter”就使用了貼膜，由此實現了每輛車都不同的顏色及花紋。
按照每個顧客的要求來改變造型設計
Strati用3D打印機造型的時間為44個小時，組裝時間為24個小時。造型時間“將力爭通過改進3D打印機縮短至10～12小時”。
與能夠用數小時來組裝的現有汽車相比，使用3D打印時每輛車的生產耗時較長。但“LocalMotors公司並不想製造大量生產的汽車。而是以少量生產貼合顧客個性需求的汽車為目標”。因此，與生產及組裝所需要的時間相比，該公司更重視縮短從確定造型設計到產品完成的時間。
Strati的最新試製車在2014年12月初確定造型設計，在2015年1月底完成，共花費了2個月時間(圖4)。普通汽車從確定造型設計，到之後製造模具等生產設備、建立生產體製，再到量產1號車完成，至少要花費10個月時間，但Strati要短得多。“今後將力爭縮短到1周左右”。
圖4：Strati造型設計的改進。可在短期內極細致地變更及調整造型設計，這也是3D打印車的特點。(a)為在IMTS(2014年9月)及底特律車展(2015年1月)上展出的Strati，(b)為之後變更造型設計的Strati。
今後，如果顧客“想要這樣的汽車”，與LocalMotors公司的工作人員商談造型設計，並決定造型設計後，數周內便可交車。JamesEarle介紹，“到時不僅造型設計可根據顧客的要求做微細調整，而且還可改變汽車的尺寸，做大的變更”。
設立多個小型製造基地
LocalMotors公司正如其公司名稱一樣，目標是在各個地區設立微工廠，在削減運輸成本的同時以“地產地消”策略開發和生產產品。按照該公司的打算，這些微工廠不僅僅是單純製造產品的基地，還將成為讓顧客參與產品設計及造型設計的共同作業基地，乃至對製造出來的產品展開銷售的基地(圖5)。
圖5：LocalMotors公司的基地
兼具與顧客共同設計以及製造、銷售的功能。(a)為位於美國亞利桑那州菲尼克斯的汽車(RallyFighter)組裝場地。外觀精加工采用貼膜而非塗裝工藝。(b)為位於美國田納西州諾克斯維爾的門店。
截至2015年2月，LocalMotors公司已在亞利桑那州菲尼克斯和內華達州拉斯維加斯設立了微工廠。並且，該公司還計劃2015年內在靠近華盛頓哥倫比亞特區的馬裏蘭州的商業設施國家海港(NationalHarbor)，以及前麵提到的諾克斯維爾設立微工廠。另外，該公司已於2014年6月在諾克斯維爾的城市商業區開設門店，成為3D打印車的銷售點。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
