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市場研究

總結:2021年全球3D打印汽車十大應用

來源:南極熊2022-01-07 我要評論(0 )   

導讀:在過去的一年間,3D打印技術在汽車行業(ye) 的應用已經取得了顯著的發展,甚至已經局部實現了汽車零部件量產(chan) 。盡管就目前而言,3D打印一整輛汽車仍是不實現的,但3D打...

導讀:在過去的一年間,3D打印技術在汽車行業(ye) 的應用已經取得了顯著的發展,甚至已經局部實現了汽車零部件量產(chan) 。盡管就目前而言,3D打印一整輛汽車仍是不實現的,但3D打印技術對於(yu) 整套汽車工業(ye) 生產(chan) 體(ti) 係,卻展現出非比尋常的意義(yi) ,它的存在,或許就是支撐未來汽車革命的關(guan) 鍵支柱之一。本期,南極熊就對2021年3D打印在汽車行業(ye) 的10大應用展開了回顧。

保時捷推出2萬(wan) 元的3D打印座椅,支撐性更好,已交付車型可更換

保時捷逐漸為(wei) 集團旗下718、911(參數|圖片)等車係給予3D打印健身運動式坐椅可選。與(yu) 此同時,現階段早已交貨的車係一樣能夠變更新坐椅,該坐椅支撐點性、座姿都將更為(wei) 符合人體(ti) 工學。

保時捷官方網表明,最新款健身運動坐椅所有由3D打印生產(chan) 製造,椅背中間一部分還能夠給予三種不同的強度可選擇。保時捷試車手Lars Kern在感受三維打印坐椅後表明,“該在檢測全過程中澳的坐椅幫我留下來了深入的印象,它更符合人體(ti) 工學,有著略低的座姿、改善的大腿根部支撐點,與(yu) 跑車中的坐椅類似。此外,它的自然通風性也讓人印象深刻。”

該座椅單價(jia) 為(wei) 2,677.50歐元,約為(wei) 3,100美元,合2萬(wan) 元人民幣,且在保時捷中心安裝隻需幾分鍾。目前3D打印網格共有三種顏色選項,分別是黑色、紅色(Guards Red)和黃色(Racing Yellow),2月份還將推出灰色(Arctic Grey)、青色(Ultramarine)藍色(Shark Blue)。

通用AIC中心安裝24台金屬和非金屬3D打印機,用於(yu) 設計汽車原型及工具

2021年3月,通用汽車(GM)開設了一個(ge) 15000平方英尺的3D打印設備中心——AIC,其中包括24台金屬和非金屬設備。增材工業(ye) 化中心(AIC)專(zhuan) 門致力於(yu) 在汽車行業(ye) 內(nei) 實現3D打印技術的生產(chan) 化,該中心被認為(wei) 是通用汽車過去幾年在3D打印領域增加專(zhuan) 業(ye) 知識和投資的 "頂點"。

作為(wei) 汽車行業(ye) 標杆企業(ye) ,通用汽車已經很好地掌握了3D打印作為(wei) 原型設計工具的能力,許多部件都是在各種測試環境中用於(yu) 預生產(chan) 車輛的功能模型。據悉,通過不懈努力,通用汽車已經成功解決(jue) 了早期工具成本費用昂貴以及一係列零件上快速迭代的問題,在雪佛蘭(lan) 克爾維特(Chevrolet Corvette)的製動冷卻管道開發過程中,該公司利用增材製造技術將時間縮短了9周,成本降低60%。

△通用汽車增材製造工業(ye) 化中心製作的3D打印凱迪拉克V係列暖通空調管道和線束支架

通用汽車目前正致力於(yu) 推進和擴大3D打印的應用範圍,他們(men) 還通過增材製造生產(chan) 手動工具、自動化組件和快速響應解決(jue) 方案,能夠合並設計,減少零件數量並減輕重量。例如,他們(men) 使用設備3D打印了近100個(ge) 手工工具,用於(yu) 新款全尺寸的SUV,他們(men) 使用了尼龍碳纖維複合材料代替鋁材,重量從(cong) 30磅降至僅(jin) 3磅。

隨著AIC投入使用,公司希望更進一步生產(chan) 車輛上的終端部件。與(yu) 此同時,凱迪拉克還宣布CT4-V Blackwing和CT5-V Blackwing將成為(wei) 通用汽車首批采用3D打印部件的量產(chan) 車。這些部件包括手動換擋旋鈕上的一個(ge) 徽章、一個(ge) 電線束支架和兩(liang) 個(ge) HVAC管道,均以降低成本和提高效率的方式生產(chan) 。這對通用汽車來說是一個(ge) 重要的裏程碑,他們(men) 希望加快3D打印終端部件的量產(chan) 。

Local Motors使用3D打印技術為(wei) OLI 2.0自動駕駛電車完成部件升級

2021年12月16日,南極熊獲悉,位於(yu) 亞(ya) 利桑那州的汽車原始設備製造商Local Motors宣布為(wei) 其3D打印的自動駕駛電動車Olli 2.0進行了一係列的部件新升級。

△Olli 2.0自動駕駛汽車

在美國成功推廣後,Local Motors公司目前正在尋求批準在歐洲的一個(ge) 項目中部署它們(men) 自動駕駛汽車。然而,該公司發現,由於(yu) 歐盟更嚴(yan) 格的規定,它需要裝配一套擋風玻璃雨刷。

Local Motors公司歐洲、中東(dong) 和非洲地區總經理Carlo Iacovini解釋說:"Olli正在世界各地的校園、體(ti) 育場、工業(ye) 區和當地社區運營。為(wei) 了批準在歐洲的部署,它需要一些美國市場上不需要的額外部件"。

為(wei) 了製造關(guan) 鍵的部件,該公司的歐洲、中東(dong) 和非洲地區管理層尋求意大利的3D打印服務提供商CRP Technology的幫助。利用CRP專(zhuan) 有的Windform複合材料,這兩(liang) 家公司現在已經設計、3D打印並集成了一些額外的擋風玻璃雨刷升級,以支持歐洲項目的獲批。

△Olli2.0的新擋風玻璃雨刷和3D打印的雨刷蓋部件。照片來自LocalMotors。

3000匹馬力 9000萬(wan) 元/輛,希臘3D打印超跑CHAOS

希臘汽車製造商Spyros Panopoulos汽車公司(SPA)將推出一款3000匹馬力的 "超跑",具有獨特的基於(yu) 3D打印設計理念,價(jia) 格超9000萬(wan) 人民幣。

SPA即將推出配備了12,000轉/分V10發動機的跑車叫作 "Chaos",它的特點是采用羽毛狀的3D打印車身麵板,能夠在兩(liang) 秒內(nei) 從(cong) 0加速到60英裏/小時。目前,這個(ge) 強大的跑車還沒有真正亮相,但製造商通過一係列的CGI圖片展示了這款超跑 。

△Spyros Panopoulos汽車公司(SPA)的3D打印Chaos 超跑,圖片來自SPA

為(wei) 了讓超跑達到速度目標,SPA計劃使用 "Anadiaplasi "製造工藝對Chaos的一些元素進行輕量化。比如打算為(wei) 3000匹馬力的超跑配備3D打印的四路排氣管,以及基於(yu) 鈦和鎂的製動卡鉗和轉子轂。

△金屬3D打印製動卡鉗

△金屬3D打印轉子轂

△碳纖維3D打印汽車零件

△尼龍3D打印汽車零件

此外,據說Chaos未來主義(yi) 的車身78%也是3D打印的,車的部分發動機也是如此,如發動機組、活塞、連杆、凸輪軸和進氣閥,而輕質車輪也將由鈦打印而成,據說采用的方法與(yu) GE Additive的電子束熔化(EBM)技術相似。

汽車零部件廠商Divergent增購3台SLM NXG XII 600設備,全麵加速增材製造工業(ye) 化進程

SLM Solutions與(yu) Divergent自2017年建立聯合開發關(guan) 係。在過去的一年半中,Divergent一直在其位於(yu) 洛杉磯的展示基地中使用著3台NXG XII 600原型設備,這使得他們(men) 能夠更高效地進行開發,同時加速設備所生產(chan) 的零部件投入市場的時間。加上此次新購置的3台設備,Divergent共計將安裝6台NXG XII 600設備,屆時Divergent也將成為(wei) 美國地區安裝最多NXG XII 600設備的公司。而除此之外,Divergent還安裝有7台SLM®500設備,3台SLM®280設備以及1台SLM®125設備。

Divergent創始人、首席執行官兼SLM Solutions監事會(hui) 成員——Kevin Czinger表示:“此次向SLM Solutions增購NXG XII 600將雙方多年來的緊密合作推向了頂點,不僅(jin) 完成了從(cong) 原型製造到生產(chan) 複雜結構的轉變,同時也讓SLM®設備與(yu) Divergent自適應生產(chan) 係統能夠相互配合,這將實現’人類-人工智能設計’的可持續發展,開辟出一個(ge) 全新的未來。”

Divergent最初的工廠部署中還包含有眾(zhong) 多複雜的自動裝配結構,在未來的兩(liang) 年中它們(men) 將陸續投入使用。Divergent將進一步擴大其先進設施的規模,這些設施將共同支持Divergent自適應生產(chan) 係統,並促進可持續生產(chan) ,其中包括主流汽車製造商的外包項目,同時也包括即將啟動的Czinger 21C超級跑車批量化生產(chan) 計劃。

大眾(zhong) 汽車粘結劑噴射技術將批量應用,金屬3D打印零件年產(chan) 量達10萬(wan) 個(ge)

2021年6月19日,大眾(zhong) 汽車公司對外宣稱了它正在德國沃爾夫斯堡的總部使用一種名為(wei) "粘合劑噴射(Binder jetting)"的新型3D打印工藝,這種工藝使製造的部件比傳(chuan) 統用鋼板製造的部件要減輕50%的重量。

粘合劑噴射法用一種兩(liang) 步法取代了傳(chuan) 統3D打印中使用的激光,其中包括使用一種粘合劑來構建部件。大眾(zhong) 汽車公司表示,這種工藝使其能夠降低成本並提高生產(chan) 力,並且它們(men) 是目前唯一使用該工藝的汽車製造商。具體(ti) 而言,用Binder jetting工藝製造的第一批零件(目前正在等待內(nei) 部認證)是T-Roc(參數|圖片)敞篷車的A柱部件。這些部件的重量是傳(chuan) 統製造工藝的一半左右,大眾(zhong) 汽車公司表示,它們(men) 已經對3D打印部件的防撞性進行了測試。

大眾(zhong) 汽車公司還宣布,它已經與(yu) 西門子建立了軟件合作關(guan) 係,加強與(yu) 惠普公司現有的打印機合作。這樣可以獲得更多的生產(chan) 優(you) 勢,嵌套疊加打印零件,即在同一個(ge) 打印室中同時製造多個(ge) 零件。大眾(zhong) 汽車公司說,這些創新加在一起,將使3D打印技術變得足夠低價(jia) ,使其在大規模生產(chan) 的車輛中變得可行。

△惠普的metal Jet金屬打印係統

福特將大規模生產(chan) 金屬3D打印汽車部件,采用粘結劑噴射技術

2021年8月13日,福特汽車公司(NYSE: F)公開表示,將在未來兩(liang) 到三年內(nei) 用金屬3D打印技術大規模生產(chan) 一種新的汽車部件。福特公司的3D打印技術負責人Harold Sears說,它將依靠ExOne(Nasdaq: XONE)的金屬粘合劑噴射技術來實現最終部件的全麵生產(chan) 。隨著不斷完善這個(ge) 項目的大規模生產(chan) 工藝,福特還計劃將這項技術用到其他部件的生產(chan) 中。

福特公司長期以來一直在使用3D打印技術,先是依靠3D打印進行原型設計,後來又成為(wei) 前沿工藝的早期采用者和開發夥(huo) 伴,如Carbon的數字光合成技術。因此,它成為(wei) 使用增材製造(AM)製造金屬終端零件的領導者並不奇怪。

△福特公司使用數字光合成技術為(wei) 特種車輛3D打印的零件,圖片由Carbon公司提供

之所以福特說出這樣的計劃,是因為(wei) 最近與(yu) ExOne公司合作3D打印了6061鋁,其物理性能可與(yu) 壓鑄部件媲美。以可重複的方式3D打印和燒結金屬的能力使福特 "相信3D打印可以支持汽車的數量"。

△ExOne公司已經與(yu) 福特公司合作,獲得了鋁粘合劑噴射3D打印的資格,圖片由ExOne公司提供

Ascension Design推出3D打印2片式鈦合金輪轂

2021年9月22日,南極熊獲悉,來自國內(nei) 的設計公司Ascension Design展示了世界首款可實際使用的3D打印2片式鈦合金輪轂,據公司負責人介紹,該輪轂已通過國家標準的性能測試實驗,滿足上路的性能條件和要求,將會(hui) 在不久後交付給第一批客戶裝車上路。

據了解,該輪轂規格為(wei) 20寸,外圈由碳纖維材質,內(nei) 圈由鈦合金整體(ti) 3D打印(使用成型尺寸可達600mm的鉑力特四激光大型SLM金屬3D打印機)而成,打印部分直徑為(wei) 500mm,單個(ge) 輪轂重量為(wei) 10kg,相比傳(chuan) 統輪轂重量減少40%,整體(ti) 性能提高30%以上。據負責人介紹,相比於(yu) 傳(chuan) 統製造方法,3D打印可實現輪轂的定製化,真正的滿足不同客戶的定製化需求,並且創造出傳(chuan) 統製造方式無法達到的酷炫造型。

德國黑石以3D打印技術批量生產(chan) 電動汽車電池

12月10日,位於(yu) 德國薩克森州Döbeln市的黑石技術有限公司(Blackstone Technology)宣布,從(cong) 即刻起將用3D打印技術生產(chan) 電動汽車的電池。這家瑞士企業(ye) 在德國的子公司通過在線發布會(hui) 展示了其新工廠和首條生產(chan) 線。

該增材工藝名為(wei) “厚層技術”,通過該工藝能用3D打印技術生產(chan) 電池電極和鋰離子電池的隔膜。據該公司稱,該製造工藝與(yu) 傳(chuan) 統生產(chan) 的鋰離子電池相比具有多項優(you) 勢:通過打印工藝意味著儲(chu) 存電力的電池單元層更厚,因此能量密度提高了20%。電池的尺寸可以靈活調整,可以根據客戶,例如汽車公司的需求進行定製。電池空間節省15%,材料節省20歐元/千瓦時。與(yu) 此同時,生產(chan) 中的能源消耗降低23%。此外該流程基於(yu) 環保的純水工藝,可減少50%的生產(chan) 廢料。

德國對於(yu) 增材生產(chan) 領域是一個(ge) 極具吸引力的投資地,它擁有全球最領先的工業(ye) 如汽車、航空、軌道技術、機械製造及其工程師傳(chuan) 統,為(wei) 生產(chan) 流程提供了最佳的條件。這裏是工業(ye) 增材生產(chan) 全球的真實實驗室,這項3D打印電池的應用案例也表明在德國未來工業(ye) 領域投資是值得的。

助力汽車行業(ye) 完成數字化升級,斯柯達利用3D打印技術精簡汽車生產(chan) 流程

2021年12月15日,捷克汽車製造商斯柯達宣布,它將持續使用3D打印技術來生產(chan) 汽車原型、備件和工具,進而達到精簡其汽車生產(chan) 業(ye) 務的目的。

作為(wei) "讓3D打印工廠更靈活"項目的一部分,斯柯達公司已經建立了一些打印工廠,采用了由Prusa等公司開發的係統。該公司的增材製造計劃最近得到了捷克共和國工業(ye) 聯合會(hui) 的認可,該項目現在被認為(wei) 是該國過去一年中最具創新性的五個(ge) 工業(ye) 4.0應用之一。此外,斯柯達還宣布了其即將推出的 "FORCE--未來工廠"計劃,這一計劃將加快他們(men) 公司許多生產(chan) 設施中進行數字化升級進程。

△斯柯達的打印工廠項目得到了捷克共和國工業(ye) 聯合會(hui) 的認可。照片來自斯柯達

由於(yu) 一款新車的開發過程很複雜,汽車製造商在新車型的研發階段經常要花上幾年的時間。這段時間主要用於(yu) 設計、測試和迭代想法,這意味著需要快速的原型設計和較短的交貨時間。像斯柯達這樣的汽車製造商可以利用3D打印機來簡化內(nei) 部生產(chan) ,而不是僅(jin) 僅(jin) 為(wei) 了幾個(ge) 小批量零件的原型而投資整個(ge) 生產(chan) 線或模具。除了使公司能夠在更短的時間內(nei) 完成新的設計之外,使用增材製造還可以大大節省成本,因為(wei) 第三方製造商被完全淘汰了。

當然,3D打印的使用案例也延伸到了製造工具,在那裏可以在幾小時內(nei) 生產(chan) 出夾具,以幫助裝配線的操作。3D打印甚至在售後備件方麵也有潛在的應用。當處理以前傳(chuan) 統製造但現在已經過時的部件時,增材製造會(hui) 特別方便,因為(wei) 部件的采購可能成為(wei) 一個(ge) 真正的痛點。通過按需打印這些部件,公司可以確保更快的交貨時間,同時減少對巨大的實物部件庫存的依賴。

總結

縱觀2021年3D打印技術在汽車行業(ye) 的應用,可以發現,除了在原型製作、輕量化、複雜最終用途部件以及工裝夾具等方麵進一步深化使用外,3D打印在電池製作和新能源汽車上取得的突破著實讓人眼前一亮。有理由相信,趁著當下這股碳中和、碳達峰以及新能源汽車發展的“東(dong) 風”,3D打印電動汽車電池未來勢必會(hui) 展現出更強勁的勢頭。但我們(men) 也可以看到,國內(nei) 對於(yu) 3D打印電池應用方麵的研究乏善可陳,表明我國的汽車製造商還需要在這一方麵繼續發力,爭(zheng) 取早日推出能打的產(chan) 品占領市場。

不可否認的是,3D打印技術應用於(yu) 汽車行業(ye) ,除了可以大幅度降低汽車開發過程中和製造過程中的成本,還能夠提升工作效率,降低新車型新零件的開發時間。最終,這些會(hui) 反應到汽車的價(jia) 格和品質上,品質更好,技術更完善、價(jia) 格更便宜的汽車會(hui) 因為(wei) 3D打印技術的普及而出現。也許就在不久的將來,3D打印直接生產(chan) 出大批量生產(chan) 的汽車也可以實現,但這還需要3D打印技術、3D打印材料、3D打印速度的進一步突破,我們(men) 拭目以待。


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