增材製造（3D打印）技術的出現，成為(wei) 了多個(ge) 產(chan) 業(ye) 邁入轉型的關(guan) 鍵推手。以汽車製造為(wei) 例，一方麵，傳(chuan) 統大批量、單一品種的生產(chan) 製造正在逐步向更柔性、更短開發周期的方向靠近，另一方麵，麵向高性能組件、“環保”驅動係統的加工也因此能夠輕鬆駕馭。

量產(chan) ！粘結劑噴射3D打印突破鋁材加工限製

在過去，以激光光源為(wei) 核心的3D打印工藝曾為(wei) 福特汽車（Ford）製造出很棒的零件，但支撐架構（以及需要通過後續步驟來去除這些架構）亦給他們(men) 帶來了很大挑戰，生產(chan) 效率也不盡如人意。

不過，粘結劑噴射3D打印卻為(wei) 福特F150皮卡零部件的量產(chan) 帶來福音，其成功之道在於(yu) 鋁合金以及激光粉末床熔融（LPBF）的完美配合⸺粘結劑噴射生產(chan) 的可重複性以及應用燒結3D打印技術處理頗具挑戰性的鋁材6061。這也是福特公司與(yu) 粘結劑噴射技術供應商ExOne公司的工程師及材料科學家共同合作所取得的突破。

■采用粘合劑噴射燒結鋁材6061（來源：ExOne公司） 

在過去，采用粘合劑噴射鋁材是一項不可能的任務，但福特和金屬3D打印機全球領導者ExOne公司已經率先成功實現了粘合劑噴射燒結鋁材6061。之前ExOne公司就在其材料路線圖中部署了鋁材開發項目，後來公司與(yu) 福特達成一致意見，重新繪製路線圖，以加快這種材料的研發。

據介紹，整個(ge) 研發持續了約一年半的時間。在此期間，福特組織了一個(ge) 全力專(zhuan) 注此項目的團隊。這項技術的研發是遠超3D打印範圍的，因為(wei) 粘合劑噴射成功後還需要進行後處理步驟。固化和燒結是決(jue) 定零部件最終性能的關(guan) 鍵工序。

“這就是我們(men) 目前看到的一項堪稱行業(ye) 裏程碑的技術成果⸺全球範圍首次通過粘結劑噴射鋁合金進行3D打印量產(chan) 。截至目前，應用此技術量產(chan) 的首個(ge) 零部件仍在開發中。”福特汽車公司增材製造技術負責人HaroldSears如是說，“高速的3D打印鋁材技術為(wei) 我們(men) 現在剛開始關(guan) 注的其他商業(ye) 領域鋪平了道路，因為(wei) 我們(men) 可以製造複雜的鋁件了。這在以前是不可能的，它必將帶來其他商機。”

ExOne公司首席執行官JohnHartner隨後表示：“利用傳(chuan) 統材料性能，開發一種快速、經濟、簡便的3D打印鋁材工藝，是實現更多產(chan) 品輕量化以及實現更可持續未來的關(guan) 鍵一步。”

可以預見，增材製造某款零部件的試製階段已經過去，其現在正邁向量產(chan) 階段。在這樣的趨勢影響下，整車製造商們(men) 與(yu) 裝備製造商、材料以及工藝供應商的深入合作有待獲得更進一步的聯合。

由於(yu) 導體(ti) 、工藝和幾何形狀必須匹配，因此傳(chuan) 統繞組往往受到限製並且難以完美。現在，借助新的3D打印繞組和線圈，Additive Drives工程團隊能夠通過在設計和工程方麵優(you) 秀的“重新思考”來提高電動機（以及電動汽車）的效率——將電動機提升到一個(ge) 新的水平。

“雖然電動機可能看起來很基本，但內(nei) 部有很多部分在起作用，包括熱力學、結構力學和電磁學，其設計必須緊湊，甚至‘優(you) 雅’考慮，因為(wei) 工作空間很小，所以會(hui) 導致重新設計工程和部件的放置。”Additive Drives董事總經理Jakob Jung說。

麵向更環保的發動機，馬勒開設增材製造中心

汽車製造中嚐試增材製造在近些年尤為(wei) 盛行，汽車零部件供應商馬勒公司（MahleGmbH）就在2020年與(yu) 保時捷（Porsche）、通快（TRUMPF）合作開展了一個(ge) 項目，從(cong) 而在增材製造領域聲名鵲起。該項目使用激光金屬熔融技術（LMD）為(wei) 保時捷911GT2RS高性能跑車生產(chan) 鋁合金活塞。

據介紹，馬勒使用衍生式設計工藝開發了這種活塞，使用與(yu) 傳(chuan) 統工藝相同的專(zhuan) 用鋁合金材料，製造出的活塞比傳(chuan) 統鑄造工藝製成的活塞減重約20%。保時捷在911GT2TS賽車的引擎上安裝了6個(ge) 活塞，並讓它運行了200個(ge) 小時，其中135小時處於(yu) 滿負荷狀態。

■保時捷911 GT2 RS用激光金屬熔合技術製造了活塞（來源：馬勒）

顯然，測試結果令人滿意，正如保時捷項目經理FrankIckinger所說，“從(cong) 技術角度來說，這為(wei) 我們(men) 開啟了新篇章，為(wei) 設計和生產(chan) 找到了新的可能性。”

需要說明的是，盡管在保時捷活塞應用上取得了成功，但馬勒的工作重點並不是該公司的發動機係統和零部件運營，而是熱管理、機電一體(ti) 化和電子技術。這在他們(men) 隨後開設的增材製造中心設立的目標上相一致⸺該增材製造中心在馬勒位於(yu) 德國斯圖加特的總部，廠房占地麵積約500平方米，目前有一台SLMSolutions280，其工作行程為(wei) 280×280×365mm。材料方麵，工廠正在使用的是V2A和V4A鋼以及鋁合金。在人員配套方麵，來自各個(ge) 部門的專(zhuan) 家團隊，特別是模擬和材料專(zhuan) 家將陸續進駐。據悉，該增材製造中心將支持熱管理、機電一體(ti) 化和電子技術的發展，以生產(chan) “更環保的發動機”。

馬勒公司董事會(hui) 主席兼首席財務官MichaelFrick表示，“對於(yu) 汽車製造行業(ye) 而言，新係統和新部件的開發速度必須比幾年前快得多，尤其是在涉及二氧化碳減排和驅動係統的解決(jue) 方案時。有了新的3D打印中心，馬勒再一次加快了在戰略領域的步伐⸺例如在電動汽車領域。”

目前，新中心正在開發流程，使3D打印這項技術能夠基於(yu) 汽車行業(ye) 的嚴(yan) 格標準進行工業(ye) 係列生產(chan) 。這為(wei) 產(chan) 品開發和製造帶來了全新的可能性，因為(wei) 這些工藝可以用於(yu) 生產(chan) 傳(chuan) 統工藝無法製造的高性能組件。